|
Важнейшие результаты научных исследований |
|
|
Адрес Новости История Структура События Результаты-архив Разработки Конкурсы Мероприятия Газета Web-сайты |
|
|
Отчет о научной деятельности за 1999 год по научным институтам
|
ОТЧЕТ о научной деятельности за 1999 год. ФИЗИКО - ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ ТЕОРИЯ КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ. Разработан новый подход к расчетам электронной структуры твердых тел с учетом сильных кулоновских взаимодействий (корреляционные эффекты) в рамках метода расчета из первых принципов (метод LDA++). Реализация подхода позволила описать недоступную в стандартном методе общую структуру электронных спектров соединений с промежуточной валентностью ( например, - TmSe) со строгим учетом внутриатомного воздействия f-электронов, а также , в полном согласии с данными эксперимента, описать корреляционные эффекты в электронном и магнонном спектрах железа. (Институт физики металлов).
Обнаружено влияние изотопического массового беспорядка на форму линии ЯМР 73Ge в особо чистых совершенных кристаллах германия с различным изотопным составом (73Ge, 74Ge). Рассчитаны локальные деформации вблизи изотоп-дефекта и установлена связь аномальных угловой и температурной зависимостей распределения градиента электрического поля на ядре с параметрами, характеризующими изотопный беспорядок. Полученные результаты раскрывают природу динамических процессов, происходящих в упругой подсистеме идеальных кристаллов. (Институт физики металлов; РНЦ “Курчатовский институт”; Казанский государственный университет; Высшая школа промышленной физики и химии,Франция; ИФТТ Института Макса Планка, Германия).
Установлено, что в манганитах лантана, близких к концентрационному переходу металл-диэлектрик, эффект колоссального магнитосопротивления и другие аномалии кинетических свойств вблизи температуры Кюри обусловлены изменением концентрации носителей тока в делокализованных состояниях. (Рис. 4). Предложена теория, позволяющая на основе измерений в парамагнитной области описать температурную зависимость эффектов вблизи температуры Кюри, включая ферромагнитную область. (Институт физики металлов).
При частичном замещении никеля медью в соединениях RNi5-xCux обнаружено усиление обменных взаимодействий, обусловленное повышением плотности 3d состояний на уровне Ферми, и возникновение локальных кристаллических полей, что проявляется в переходе парамагнетика Ван Флека PrNi5 в ферромагнитное состояние. (Рис. 5). Результаты раскрывают взаимосвязь электронной структуры с магнитными свойствами 3d-4f интерметаллидов и определяют перспективы поиска материалов для постоянных магнитов. (Институт физики металлов; ИФТТ Токийского университета, Япония; Институт Хана-Мейтнера, Германия).
Обнаружено снижение магнитных потерь при ионно-лучевой обработке ионами Ar сталей и сплавов на основе Fe, находящихся в различных кристаллоструктурных состояниях. Выяснено, что физическая природа этого явления связанна с формированием двухслойной доменной структуры в результате коренной перестройки магнитных доменов в поверхностных слоях и влияния последней на размеры и динамику доменов глубинных слоев. (Рис. 6) Результаты позволяют прогнозировать режимы ионной обработки для максимального снижения магнитных потерь (15-25%) в основных магнитомягких материалах. (Институт физики металлов; Институт электрофизики; АО ”Верх-Исетский металлургический завод”).
В сверхрешетках Fe/Cr обнаружена индуцированная межслойным обменным взаимодействием анизотропия намагниченности, проявляющаяся в магнитных полях, которые в несколько раз превышают поля анизотропии в объемном монокристалле Fe. Выяснено, что в процессе намагничивания сверхрешетки происходит изменение направлений осей легкого намагничивания плоскости пленки на 45° что может способствовать созданию материалов с управляемой полем анизотропией магнитных свойств. (Рис. 7). (Институт физики металлов; Петербургский ИЯФ; Институт Лауэ-Ланжевена, Франция).
С использованием атомного зонда 57Co в поликристаллах родия экспериментально обнаружен новый эффект – магнитное упорядочение в межкристаллитных границах. Огромная подвижность атомов в таких границах открывает перспективы улучшения свойств нанокристаллических магнитных материалов. Создан и опробован в условиях одновременного действия нескольких механизмов диффузии метод анализа сложных диффузионных профилей. В методе используются отношения интенсивностей двух компонент - с низкой и высокой энергией излучения атомных зондов в диффузионной зоне. Метод позволил обнаружить влияние магнитного состояния (пара- или ферромагнитного) атомного зонда 57Co на параметры его объемной диффузии в золоте и воссоздать спектры областей сопряжения кристаллитов. (Рис. 8, 9). (Институт физики металлов; ОАО “Екатеринбургский завод обработки цветных металлов”).
С использованием внешнего давления и сильных импульсных магнитных полей экспериментально установлено, что уменьшение критического поля метамагнитного перехода в зонных метамагнетиках Y(Co1-xAlx)2 при увеличении концентрации алюминия обусловлено одновременным действием двух факторов: уменьшением концентрации электронов в d-зоне и увеличением межатомных расстояний. (Рис. 10, 11). Сравнение влияния легирования алюминием и гидрирования на критическое поле метамагнитного перехода показало, что в области малых концентраций водорода в сплавах RCo2 водород является электронным акцептором. Полученные результаты имеют принципиальное значение для понимания природы зонного метамагнетизма и электронного состояния атомов внедрения в интерметаллидах. (Институт физики металлов; ИФТТ Токийского университета, Япония).
Впервые определена концентрационная область существования b/g-эвтектик в системе Ni-Co-Cr-Al в результате систематических исследований структурно-фазовой термической стабильности и жаростойкости эвтектических сплавов. Выбраны оптимальные составы естественных высокодисперсных металлических композитов, перспективных для создания жаростойких сплавов и покрытий нового класса на основе b-фазы (Ni, Co)Al. Показано, что сильное влияние на адгезию алмазоподобного покрытия на полимерных материалах оказывает температура подложки на начальной стадии конденсации углерода. Результаты обосновывают необходимость двухстадийной технологии нанесения алмазоподобных покрытий на полимеры: первая стадия обеспечивает максимальную адгезию, вторая – наилучшую структуру покрытия, что повышает механическую и химическую устойчивости полимерных пленок. (Институт физики металлов). Установлено, что в ниобиевых жилах высокопрочных композиционных проводников Cu-Nb в процессе сильной деформации волочением формируется острая аксиальная текстура <110>, и нити приобретают ленточную форму. Увеличение степени деформации в ниобиевых жилах приводит к росту плотности дислокаций, а в медной или бронзовой матрице - к процессу деформационного разупрочнения (плотность дислокаций не превышает 1010 см-2). Полученные закономерности важны для совершенствования технологии производства композиционных сверхпроводников и высокопрочных проводников для сильных магнитных полей. (Институт физики металлов; ВНИИ неорганических материалов им.А.А.Бочвара). Разработана и экспериментально подтверждена теоретическая модель деформационного поведения интерметаллидов типа Ni3Al, учитывающая термоактивированную блокировку дислокаций и их источников и влияние дислокационного каркаса. Методом компьютерного моделирования впервые для Ti3Al построены N-частичные потенциалы межатомного взаимодействия, определены возможные типы расщепления сверхдислокаций. На монокристаллах никелевого суперсплава показана определяющая роль интерметаллидной фазы в развитии рекристаллизации. Результаты существенно развивают физические основы процессов деформационного термического упрочнения и разупрочнения нового класса жаропрочных материалов – интерметаллидов на основе Ni3Al и Ni3Ti, и современных никелевых суперсплавов, содержащих такие фазы. (Рис. 12). (Институт физики металлов; Институт металлофизики НАНУ, Украина; АО «А.Люлька-Сатурн»; Тверской государственный технический университет). Впервые в массивных образцах (толщиной 5-10 мм) стареющих коррозионно-стойких сплавов никелида титана, алюминия и железа стандартными методами деформирования и отжига получены ультрамикродисперсные ( с размером зерна Ј 100 нм) структурные состояния, которые обладают высокими прочностными и пластическими свойствами. Указанное измельчение зерна достигалось стандартными методами умеренной пластической деформации (на 20-70%) - прокаткой, волочением, прессованием и последующим отжигом. Использованы однократная и многократные схемы термомеханической обработки. Установлены оптимальные режимы обработки для получения нанокристаллических структур с большеугловыми границами в сплавах. (Институт физики металлов). Экспериментально обнаружены и определены условия формирования осциллирующих релаксационных процессов в неравновесных жидких металлах и сплавах после «быстрого» фазового перехода кристалл-жидкость, приводящих при последующей сверхбыстрой закалке к колебаниям структурных параметров и свойств в твердом состоянии. Предложен новый подход к исследованию микроскопического механизма нормального роста зерен поликристаллитов при рекристаллизации, основанный на концепции согласованного изменения системы взаимосвязанных дефектов (границ зерен и их тройных и четверных стыков). Согласно этому подходу перемещения атомов от одних зерен к другим инициируются при встрече вакансий с четверными стыками зерен и далее распространяются по тройным стыкам и границам зерен. (Физико-технический институт).
ФИЗИКА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ. На основе наблюдений эффекта Мессбауэра in situ обнаружено уменьшение плотности внешних s- и d-электронов на ядрах 57Fe в ходе облучения альфа-железа ионами аргона с энергией 20 кэВ. Это свидетельствует об увеличении степени коллективизации межатомной связи (ее металлизации) в объеме мишени. Полученные данные согласуются с установленным ранее резким возрастанием подвижности атомов и скорости атомных перестроек в сплавах железа в ходе ионного облучения при аномально низких температурах. Показано, что имплантация ионов аргона с энергией в десятки кэВ в ферритную нержавеющую сталь приводит к изменению структуры материала на расстояниях в доли миллиметра, причем на больших глубинах материал переходит в более стабильное состояние, характеризующееся снижением подвижности дислокационного ансамбля, уменьшением внутренних напряжений и содержания углерода в твердом растворе. Разработана и исследована модель плотной двухтемпературной плазмы с сильной крупномасштабной турбулентностью. Модель включает динамические уравнения, термодинамические соотношения и турбулентные транспортные коэффициенты. Установлено, что крупномасштабная турбулентность усиливает исходную неравновесность между электронной и ионной компонентами плазмы, а полное термодинамическое равновесие наступает после исчезновения турбулентных пульсаций. (Институт электрофизики).
Предложена модель CO-лазера с накачкой комбинированным разрядом, позволившая впервые показать возможность генерации излучения с эффективностью 14% без использования криогенной техники. Создан импульсный ускоритель электронов с полностью твердотельной системой коммутации на основе индуктивного накопителя энергии с полупроводниковым размыкателем тока. Сечение генерируемого электронного пучка 8 х 80 см2 , длительность импульса 100 нс, ток 1 кА, энергия электронов 400 кэВ. При продолжительной работе ( более 10 часов) частота следования импульсов - 100 Гц, при кратковременной (5 минут) - до 1 кГц. Ускоритель используется при работах по очистке газообразных токсичных промышленных выбросов. В результате исследования компрессии энергии в режиме бегущей волны показана возможность двукратного повышения выходной мощности при формировании высоковольтных импульсов, длительностью короче 1 нс. Использование такого устройства в малогабаритном сильноточном ускорителе РАДАН позволило впервые превысить уровень 100 МВт при генерировании микроволновых импульсов СВЧ длительностью 300 пикосекунд в диапазоне 38 ГГц. Получен широкий класс точных решений задачи о равновесной конфигурации поверхности жидкого металла в сильном внешнем электрическом поле. Доказана возможность существования стационарного профиля жидкости, обеспечивающего значительное (почти на один порядок) локальное усиление электрического поля. (Институт электрофизики).
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА. Экспериментально обнаружены тепловые пульсации со спектральной плотностью 1/f- и 1/f2-типа при кризисе кипения воды на вертикальном проволочном нагревателе. Теоретически показано, что взаимодействие пересекающихся неравновесных фазовых переходов может приводить к самоорганизации критического состояния системы и флуктуациям с расходящимися спектральными характеристиками. Показаны преимущества подхода к термодинамике плавления простых веществ с использованием низкотемпературной асимптотики физических величин на линии плавления. Метод позволяет выявить близкое к универсальному поведение скачка энтропии и служит основой для построения простого однопараметрического варианта термодинамического подобия линий плавления простых веществ. Впервые показана возможность измерения молекулярно-кинетических свойств жидкостей (коэффициента диффузии, сдвиговой вязкости) невозмущающим методом лазерной корреляционной спектроскопии непосредственно в процессе массопереноса (в диффузионном режиме и при самопроизвольной межфазной конвекции). Обнаружено явление взрывного вскипания полимеров и показан флуктуационный механизм парообразования при быстром разогреве. Разработан метод расчета температуры взрывного вскипания и подтвержден опытами по импульсному перегреву полимерных материалов. Впервые измерены температуры предельного перегрева ряда органических жидкостей ( н-гептана, бензола, ацетона, этанола, изобутилового спирта) при отрицательных давлениях до -10 Мпа и скорости нагрева 107 К/с. Обнаружено систематическое завышение расчетов по теории гомогенной нуклеации относительно измеренной температуры, нарастающее с понижением давления. Экспериментально обнаружен эффект остановки релаксации силы левитации, возникающей при реверсивном намагничивании сверхпроводников. Для объяснения эффекта предложена модель внутренней магнитной релаксации, в процессе которой средняя намагниченность образца остается постоянной. Разработан метод термомодуляционной эллипсометрии для локальных измерений температуропроводности металлов с субмикро- и нанокристаллической структурой. Метод апробирован на пластически деформированных металлах при сдвиге под давлением. Установлено, что их температуропроводность уменьшается в 1,5-2 раза с уменьшением размера микрокристаллитов. В молекулярно-динамических экспериментах обоснованы приближения, лежащие в основе теории капиллярности Ван-дер-Ваальса. Показано, что градиентное разложение Ван-дер-Ваальса правильно передает не только макроскопические, но и микроскопические характеристики двухфазной однокомпонентной системы с плоской границей раздела фаз. Сформулированы правила, позволяющие по экспериментальным данным определять все параметры функционала Ван-дер-Ваальса. Получена «расширенная» формула Толмена и показана ее применимость для расчета поверхностного натяжения критических зародышей вплоть до границы спонтанного вскипания чистых жидкостей и растворов. (Институт теплофизики).
МЕХАНИКА ДЕФОРМИРУЕМОГО ТВЕРДОГО ТЕЛА. Построены определяющие соотношения упруговязкопластической изотропной, изотропно упрочняющейся сред при больших высокотемпературных пластических деформациях, описывающие реологию металлов в процессах их обработки давлением. Разработана процедура идентификации параметров определяющих соотношений по опытным данным растяжения (сжатия) образцов. Показана эффективность математического метода разделения переменных, основанного на вариационных принципах, применительно к решению важных для практики динамических задач механики твердого тела, в частности, возникающих в процессах обработки металлов давлением и резанием. Разработан метод решения задач определения напряженно-деформированного состояния многослойных анизотропных оболочечных элементов с учетом конструкционной нелинейности. Метод имеет практическое применение и позволяет учитывать в различных отраслях техники разнообразные условия работы корпусных элементов. (Институт машиноведения).
Выполнены расчеты предельных состояний многоопорных пластин из жаропрочных сплавов, длительно работающих при температурах 12000С. Это позволило учесть влияние переменных давлений активной среды при повышенных температурах на развитие трещин. Разработана и реализована методика оптимизации расположения опор по критерию предельной нагрузки. На примере газированных масел разработана и апробирована модель неизотермического течения структурно-неоднородных жидкостей в тонких смазочных слоях. Разработано программное обеспечение расчетов сложнонагруженных опор, смазываемых газированными маслами, что повышает эффективность проектирования опор скольжения двигателей транспортных машин. (Научно-инженерный центр «Надежность и ресурс больших систем машин").
|
|
Адрес Новости История Структура События Результаты-архив Разработки Конкурсы Мероприятия Газета Web-сайты |
|
И.о.главного ученого секpетаpя УрО РАН,
д.э.н., д.ф.-м.н. Попов Евгений
Васильевич
E-mail: popov@prm.uran.ru
Тел:(3432)74-07-47