Проведено теоретическое исследование структурных и колебательных свойств упорядоченных адсорбционных систем Na/Cu(111) с использованием метода погруженного атома. Анализируется поверхностная релаксация и локальная плотность колебательных состояний для трех равновесных поверхностных структур: p(3x3) – 0.25, (3(1/2)x3(1/2))30o – 0.75 и (3/2x3/2) – 1.0 монослоя.

С использованием межатомных потенциалов взаимодействия, полученных в приближениях сильной связи, проведено исследование релаксации поверхности (111) меди в присутствии малых (трех-, семиатомных) кластеров Cu, Cr, Al. Показано, что кластеры создают области локальных сжатий и растяжений поверхности подложки. Размеры областей локальных изменений структуры подложки зависят как от структуры поверхности, так и от размера и материала кластера.

С использованием потенциалов межатомных взаимодействий, полученных в приближении сильной связи, исследуются релаксация и колебательные свойства системы "кластер - подложка" в зависимости от структуры и размера кластера. Показано, что структура кластера влияет на релаксационные эффекты подложки и миграционную подвижность кластера. Фононный спектр системы определяется смешанными колебаниями адкластера и ближайших к нему атомов подложки. независимо от размеров и структуры кластера всегда имеются локализованные на адкластере продольные моды несостоявшихся трансляций и поворотов, а также дипольно-активная мода совместных вертикальных колебаний адкластера и подложки.

С помощью метода погруженного атома проведены расчеты колебательных спектров для поверхности Al (111). В работе обсуждаются релаксация поверхности, дисперсия поверхностных фононов, локальная плотность поверхностных состояний, а также поляризация колебательных мод адатомов и атомов подложки. Полученные теоретические результаты хорошо согласуются с имеющимися экспериментальными данными и могут быть использованы для их интерпретации.

В рамках метода погруженного атома проведены расчеты колебательных состояний (фононов) на вицинальных поверхностях (211), (311), (221), (331), а также на поверхности (110) алюминия, серебра и меди. Вычисления выполнены как для релаксированных, так и для идеальных поверхностей. На всех рассматриваемых поверхностях обнаружены моды колебаний, локализованные на ступенях (так называемые степ-моды). имеются также состояния, локализованные на атомах террасы. показано, что с увеличением числа атомов на террасе растет число поверхностных состояний. Найдено, что релаксация поверхности приводит к сдвигу частот поверхностных состояний, изменение их числа и степени локализации в слоях. В частности, показано, что учет релаксации может приводить к появлению или исчезновению отдельных степ-мод. Сравнение полученных результатов с имеющимися экспериментальными данными для поверхности Al (221) свидетельствует о хорошем согласии теории и эксперимента в описании колебательных состояний на этой поверхности. На примере рассмотренных поверхностей показано, что характер релаксации вицинальных поверхностей определяется количеством атомов на террасе.

С использованием элементов релаксации определено плосконапряженное состояние сплошной среду с трещиной при растяжении. Проведен анализ напряженного состояния у вершины трещины, окруженной пластически деформированным материалом в виде полосы локализованной пластической деформации (ЛПД) в форме вытянутого эллипс. Пластическая деформация существенно уменьшает концентрацию напряжений в вершине трещины. По мере увеличения локализации пластической деформации напряжения у берегов трещины уменьшаются до нуля. Падение напряжений у вершины трещины сопровождается увеличением концентрации и градиентов напряжений на конце полосы ЛПД. Там область возмущения поля напряжений соизмерима с шириной полосы.

В сборнике статей представлены результаты исследований поверхностных атомных структур, образованных при взаимодействии молекулярных галогенов с основными гранями благородных металлов Cu, Ag и Au и гранью (100) полупроводника GaAs, а также результаты изучения поверхности Si(100)-с(6х2)-Ag. Для изучения процессов формирования и трансформации поверхностных структур применены современные методы исследования, такие как низкотемпературная сверхвысоковакуумная сканирующая туннельная микроскопия/спектроскопия и расчеты, основанные на теории функционала плотности, что позволяет на атомном уровне проследить за развитием структурны фазовых переходов, начиная с самых малых степеней покрытия от 0.01 монослоя. Предназначен для специалистов и аспирантов, работающих в области физики поверхности и физики низкоразмерных систем.

Представлены общие соотношения, необходимые для описания поведения материалов, содержащих внутренние поверхности раздела. Сформулированы условия независимого описания явлений диффузии. Для частных вариантов самодиффузии и диффузии в бинарной системе выведены формулы для эффективных коэффициентов диффузии, связывающие привычные коэффициенты диффузии с энергетическими параметрами границ раздела. Предложены соотношения между коэффициентами диффузии в объеме и по границам зерен и коэффициентами переноса в обобщенной модели.

В работе исследуются условия возникновения и особенности проявления согласованного движения большого количества атомов вблизи свободной поверхности нагруженного кристалла. Отмечаются особенности инициации согласованного коллективного движения частиц как элемента самоорганизации при зарождении и развитии пластической деформации. Описываются результаты моделирования трехмерного кристаллита меди со свободными границами, подвергнутого одноосному сжатию, и исследуются процессы, протекающие в таком кристаллите как на активной стадии нагружения, так и на начальном этапе процесса релаксации. Показано, что развитие пластической деформации проявляется в виде распространения полос локализации атомных смещений от свободной поверхности вглубь материала. В работе отмечается, что аккомодационные процессы в материале в условиях высокоскоростного нагружения являются инерционными и продолжают активно протекать после снятия внешнего воздействия. Кроме того, показано, что в нагруженном материале могут возникать динамические периодически формирующиеся согласованные коллективные смещения атомов вихреобразного характера, выступающие в роли своеобразных сбросов напряжений в упругой области. Проанализированы результаты моделирования нелинейного поведения материалов, содержащих систему микропор в условиях высокоскоростного нагружения. Обнаружено, что при определенной ориентации микропор внутри кристаллита может реализоваться согласованное «вихреподобное» движение ансамбля атомов. Показано, что внутренние поверхности, наряду с внешними, являются концентраторами зарождения полос локализации атомных смещений.

Исследовано влияние концентрации алюминия и температуры спекания на механические свойства спеченных сплавов системы Cu-Al. Установлено, что основное влияние на прочностные свойства спеченных сплавов с заданной пористостью оказывают добавки алюминия, тогда как влияние температур спекания незначительно. Максимальный прирост прочности достигается при концентрации алюминия, превышающей предел его растворимости в твердом растворе на основе меди.

В модели погруженного атома проведены расчеты вибрационных мод на поверхностях Pd (100), Pd (110), Pd (111). Найдено, что в случае поверхности Pd (111) наблюдается отличное согласие рассчитанной и экспериментальной частот релеевской моды в точке К. Несколько худшее согласие с имеющимися экспериментальными данными получено для поверхностей (110) и (100).

Методом микрокалориметрии определены интегральные теплоты межфазного взаимодействия жидких алифатических и ароматических углеводородов с волокнами и порошками полиакроилонитрила, полипропилена, глиной и песчаником при 293 и 303 К. Получены зависимости теплоты адсорбции углеводородов от массового соотношения сорбат:адсорбент. Теплота и продолжительность установления равновесия процесса взаимодействия углеводородов с твердыми поверхностями зависят в основном от структуры адсорбента.

Сборник объединяем статьи по результатам основных работ института в области металловедения цветных металлов и сплавов на их основе. Рассмотрены особенности формирования структуры и свойств материалов, полученных методом испарения и конденсации в вакууме. Представлены статьи, посвященные исследованию поведения стареющих сплавов при термической и термомеханической обработке и принципам выбора пружинных и дисперсноупрочненных материалов на основе меди, а также исследованию структуры и свойств сплавов на основе серебра и алюминия, применяемых для электрических контактов и эмиттеров вторичных электронов. Рассчитан на широкий круг научных и инженерно-технических работников, специализирующихся в области металловедения и использования сплавов на основе меди, серебра и алюминия.

Предложена термомеханическая модель, основанная на физических представлениях о движении континуума дислокаций, а также модель зарождения и распространения пластических сдвигов для описания "медленных" течений типа полос Людерса. Проведены двумерные расчеты распространения полос Людерса при различных скоростях и температурах деформирования образца из стали марки HSLA-65 при сжатии. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Проводимые на протяжении ряда лет экспедиционные исследования СО РАН показали, что в качестве эффективной модельной среды для изучения геотектонических процессов может рассматриваться ледовый покров озера Байкал. Многие механизмы деформации блочного ледового покрова могут быть сопоставлены известным в геодинамике механизмам, таким как спрединг, субдукция, коллизия и др. В настоящей работе приведены результаты изучения динамических процессов образования и развития одного из указанных типов деформационных структур в ледовом покрове озера Байкал, а именно зоны поддвига, являющейся аналогом зоны субдукции. Показано, что эти процессы могут быть вызваны динамическими релаксационными явлениями, связанными с возникновением новых границ раздела (тип I), либо с активизацией уже существующих, но ранее неактивных трещин (тип II). Установлено, что динамические релаксационные явления первого типа хотя и сопровождаются большей скоростью высвобождения накопленной упругой энергии среды, однако вызывают меньшие результирующие смещения в зоне поддвига ледовых плит. Наблюдаемые различия могут быть связаны с тем, что активизация большого количества границ раздела способна вызывать существенно бульшие смещения в блочной среде, нежели образование новой границы. Проведенное обследование структуры контакта ледовых плит в зоне поддвига и результаты компьютерного моделирования позволили сделать вывод о том, что образование данной деформационной структуры позволяет снизить сопротивление границы раздела сжатию на порядки величины. Это дает возможность утверждать, что структуры субдукционного типа обеспечивают эффективный механизм реализации больших неупругих деформаций в квазидвумерных «плитных» средах без существенного роста напряжений.

Представлены результаты двумерного моделирования локализации деформации на мезомасштабном уровне в поверхностном слое поликристаллов с хорошо выраженным эффектом Портевена–Ле Шателье. В работе использован метод элементов релаксации. Развиваемая модель действует по принципу клеточных автоматов. Результаты моделирования качественно хорошо согласуются с известными экспериментальными данными.

Мы представляем теоретическое исследование, c использованием метода погруженного атома, атомных и колебательных свойств поверхностного сплава Al(001)–c(2x2)–Na, формирующегося на поверхности Al(001) при низко- и высокотемпературной адсорбции 0.5 ML атомов щелочного металла. Обсуждаются результаты расчета поверхностной релаксации и локальная плотность колебательных состояний, которые находятся в хорошем согласии с имеющимися экспериментальными данными и первопринципными расчетами для поверхностного сплава Al(001)–c(2x2)–Na.

Исследована возможность нанофрагментации материала в приповерхностных слоях на начальных стадиях процесса релаксации. Исследования проведены на основе компьютерного моделирования методом молекулярной динамики.. Показано, что на начальном этапе процесса релаксации возможно формирование разориентированных наноблоков. Фрагментированная структура формируется в области локализованной деформации вблизи концентраторов напряжений и распространяется вглубь материала. Показано, что в области локализации деформации функция радиального распределения атомной плотности имеет вид размытых пиков, соответствующих пикам идеальной гранецентрированной кристаллической (ГЦК) структуры, а в области кристаллита, где локализация деформации не наблюдается, происходит расщепление пиков ГЦК-структуры, обусловленной деформационным нарушением симметрии. Полученные результаты дают возможность утверждать, что возможным механизмом релаксации внутренних напряжений в постнагруженных твердых телах является эффект нанофрагментации материала.

На основе метода молекулярной динамики исследуются процессы, протекающие в нагруженном твердом теле. Показано, что формирование динамических вихревых структур возможно не только на стадии активного нагружения материала, но и на стадии релаксации напряжений. атомные смещения в этом случае могут формировать согласованную систему вихревых нитей. Установлено, что время жизни таких динамических дефектов может достигать десятков пикосекунд, а их характерные размеры составляют нанометры. Показано, что такая система вихревых нитей может менять знак угловой скорости таким образом, что наблюдаемые на разных интервалах времени атомные смещения практически компенсируют друг друга. Также отмечается, что формирование аналогичных динамических вихреподобных структур наблюдается и на активной стадии нагружения материала, но в этом случае оно не носит периодического характера.

Исследованы поля дисторсий при формоизменении аморфных, объемно- и гранецентрированных металлов и сплавов при различных условиях нагружения. Показано, что при стационарном режиме деформирования развитие пластического течения носит волновой характер.

Исследована структура, характер распределения упругих микродеформаций, связанных с действием напряжений I и I I рода в азотистых аустенитных покрытиях, полученных электронно-лучевой наплавкой, а также механизмы релаксации остаточных напряжений в системе подложка - покрытие. Напряженное состояние характеризуется изменением знака по толщине покрытия. анализ экспериментальных данных показывает, что в результате релаксации остаточных напряжений формируется структура с повышенной плотностью дислокаций.

Исследовано влияние слабых электрических потенциалов на процесс релаксации напряжений при различных начальных напряжениях. Установлено, что максимальный эффект влияния потенциала приходится на начальное напряжение ниже предела текучести.

В рамках метода погруженного атома проведены расчеты релаксации, поверхностной энергии и колебательных состояний для поверхностей (100) и (110) лития и натрия. Сравнение с результатами других работ показывает, что в отличие от последних метод погруженного атома приводит к увеличению первого межслоевого расстояния. Полученные величины поверхностной энергии согласуются с известными экспериментальными данными и результатами других расчетов. Показано, что величина поверхностной энергии слабо зависит от релаксации поверхности. Истинные и резонансные поверхностные состояния обнаружены на всех рассматриваемых поверхностях. Установлено, что в случае поверхности типа (110) релаксация практически не влияет на колебательную структуру поверхности. Более заметное влияние релаксации наблюдается для поверхности типа (100). Показано, что колебательные структуры однотипных поверхностей лития и натрия подобны.

С использованием межатомных потенциалов взаимодействия, полученных в приближении погруженного атома, проведено исследование релаксации поверхностей с низкими и высокими индексами Миллера ГЦК-металлов Al и Pb. Рассчитана величина изменения межплоскостных расстояний и установлена ее взаимосвязь с плотностью упаковки и ориентацией поверхности. Вычислен вклад энергии релаксации в поверхностную энергию.

Представлены результаты теоретического исследования атомной и фононной структуры сверхтонкой пленки Pb на поверхности Al( 100). Обсуждаются поверхностная релаксация, локальная плотность колебательных состояний и поляризация фононных мод адатомов и атомов подложки. Показано, что адсорбция Pb приводит к осциллирующей релаксации поверхности подложки и появлению коробления структуры в подповерхностных слоях. Сравнительный анализ колебательных характеристик чистой поверхности подложки и поверхности в присутствии адатомов показал, что адсорбционное взаимодействие в системе и ее динамическая устойчивость определяются новыми колебательными модами, не свойственными чистым поверхностям Al и Pb.

С использованием потенциалов, полученных методом погруженного атома, проведены расчеты равновесной атомной структуры и фононных спектров субмонослойной (тета = 0.5 монослоя) пленки Ni, осажденной на поверхность Cu(100). Рассматриваются атомная релаксация, распределение плотности колебательных состояний на атомах Ni и подложки, а также поляризация колебательных мод. Обсуждается изменение фононного спектра при сегрегации атомов Cu на поверхности пленки. Показано, что смешивание колебаний адатомов Ni с колебаниями атомов подложки происходит во всем диапазоне частот, приводя к частотному сдвигу колебательных мод подложки и появлению новых колебательных состояний, не свойственных чистой поверхности. Структура Cu(100)-c(2 х 2)-Ni является динамически более стабильной при помещении в подповерхностный слой подложки.

В книге изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований по основам формирования заданной структуры и свойств измененного слоя на металлах и сплавах при низковольтной электроискровой обработке. На основе результатов исследования физики низковольтного электроискрового процесса предложена принципиально новая схема построения автоматизированных электроискровых установок с регулированием параметров обработки в режиме реального времени. Приведена технология получения и примеры использования новых анодных материалов из доэвтектических, эвтектических и заэвтектических комплексно-легированных белых чугунов, покрытия которыми позволяют повысить эксплуатационные характеристики стальных и чугунных изделий. Представлены примеры практической реализации структурного анализа измененных электроискровым воздействием структур материалов для получения покрытий на контактной поверхности зажимов, разработки методики неразрушающего контроля мест с локальным разупрочнением контактного провода и угольной вставки. Книга предназначена для инженеров и специалистов в области низковольтной электроискровой обработки, а также может быть полезна преподавателям, аспирантам и студентам вузов соответствующего профиля.

Путем компьютерного моделирования проанализирована возможность изменения величины предельной деформации образцов "интерфейсных" материалов, механическое поведение которых определяется процессами локализации деформаций на границах раздела структурных элементов (блоков, зерен и т. д.), направленной модификацией поверхностных слоев. Показано, что уменьшением модуля Юнга и предела упругости границ раздела в поверхностном слое можно обиться существенного увеличения деформационной способности образцов при циклическом нагружении. Причиной этого эффекта является вовлечение большего объема материала в процессы накопления необратимых деформаций что приводит к замедлению локализации деформаций вблизи макроконцентраторов напряжений и более позднему зарождению трещин.

Приведено теоретическое и экспериментальное обоснование высокой эффективности повышения макромеханических характеристик конструкционных и инструментальных материалов путем наноструктурирования их поверхностных слоев или нанесения наноструктурных покрытий. Нагруженное твердое тело рассматривается как многоуровневая система, в которой поверхностные слои являются самостоятельной подсистемой. Особое внимание уделяется интерфейсу "поверхностный слой (покрытие) - подложка", на котором возникает "шахматное" распределение нормальных и касательных напряжений и связанных с ними концентраторов напряжений различного масштаба.

Исследована поверхностная электронная структура а-Al2O3 (0001) и рассмотрена адсорбция меди и палладия на металлической поверхности базисной грани. рассчитаны значения энергии адсорбции и определены наиболее предпочтительные равновесные положения адсорбатов на поверхности. Обсуждается механизм взаимодействия переходных металлов с подложкой.

Представлены результаты теоретического исследования электрон-фононного взаимодействия в состоянии квантовой ямы, образованном монослойным покрытием Na на Cu (111). Расчеты показали, что константа электрон-фононной связи в этом состоянии уменьшается незначительно (1%) в сравнении со значением для чистой поверхности меда. Соответствующий электрон-фононный вклад во врем жизни состоянии квантовой ямы увеличивается в 1.5 раза по отношению к чистой поверхности Cu (111).

Представлены результаты исследования структуры поверхностного слоя стали Гадфильда (Г13), образовавшегося в условиях сухого трения скольжения. Изучены особенности деформирования материала под поверхностью трения в зависимости от условий испытания - низкой скорости скольжения и малом давлении, значение которого много меньше предела текучести стали Г13. Методами оптической сканирующей и дифракционной электронной микроскопии исследован фазовый состав и дефектная субструктура на поверхности трения. Показано, что вблизи поверхности трения образуется тонкий, сильно деформированный слой нанокристаллического строения, переходящий в слой с поликристаллической структурой, содержащей двойники деформации и дислокации. Нанокристаллическая структура и присутствие оксидов в поверхностном слое и зоне трения свидетельствуют о высокой температуре и больших пластических деформациях, ответственных за формирование данного слоя. Сделано предположение о том, что деформирование материала, наблюдающееся на большой глубине от поверхности, обусловлен генерированием упругих волн при трении.

В настоящей работе исследуется напряженно-деформированное состояние, возникающее при поверхностном нагружении в приповерхностном слое материала, толщина которого существенно превышает средний размер шероховатостей поверхности. Для расчета напряженно-деформированного состояния используется конечно-разностный метод решения системы уравнений, описывающих механическое поведение объема материала при динамическом нагружении. Применен подход физической мезомеханики для моделирования напряженно-деформированного состояния. Показано образование полос локализованной деформации и формирование блочной структуры пластического течения.

Представлены результаты первопринципных расчетов электронной структуры сплавов Гейслера Co2MnGa(Si) и Ni2MnGa, а также их тонких пленок на полупроводниковых подложках. Анализируется влияние структурных дефектов на электронную структуру и магнитные свойства в объеме, на поверхности и границах раздела.

Представлена топография поверхности трения модельных композитов на основе сталей ШХ15 и Г13 после скольжения при плотности тока свыше 100А/см3, определены износостойкость и вольт-амперная характеристика, скользящего электроконтакта модельный композит - сталь 45.

Проведены исследования деформирования пористой керамики на основе нанокристаллического диоксида циркония. Показано, что накопление микроповреждений носит пороговый характер и после локального разрушения материал продолжает деформироваться по прежнему закону. Существует прямая корреляция между макронапряжениями и локальными (мезоскопическими) параметрами распределения деформаций, области равномерного накопления деформации чередуются с ее резкими изменениями, приводящими сначала к локальному, а затем к макроразрушению всего материала.

Методом ПЭМ исследовано структурно-фазовое состояние и дефектная структура нанокомпозитных покрытий TiN/Cu, AlN/Cu на подложках из нержавеющей стали и сплава ВТ-20. Установлено, что в процессе роста покрытия AlN/Cu формируется однородная по толщине гетерофазная нанокристаллическая структура, содержание металлической фракции в которой не превышает 10%.

Проведен обзор работ, посвященных исследованию особенностей диффузии по границам зерен и контролируемых ею процессов в субмикроскопических и нанокристаллических материалах, полученных методами интенсивной пластической деформации. для установления параметров диффузии по границам зерен и тройным стыкам в металлах, не зависимых от результатов обработки диффузионных экспериментов на основе моделей диффузии, представлены результаты молекулярно-динамического исследования диффузии в нанокристаллическом состоянии на примере меди. Проводится сопоставление диффузии по границам зерен в субмикроскопических и нанокристаллических материалах, полученных различными методами.

Методами молекулярной динамики исследованы атомные механизмы зарождения пластической деформации в кристаллических материалах (на примере кристалла меди). Тепловые флуктуации могут являться причиной генерации дефектов структуры. Существует некоторое пороговое значение деформации, при котором происходит практически скачкообразный рост областей с локальными структурными изменениями (протодефектов). Исследована роль локального избыточного объема и особенности зарождения протодефектов в предварительно нагруженном кристаллите.

В работе представлены результаты расчетов полной (латеральной и вертикальной) релаксации поверхностей меди (001) и (111) в присутствии малого кластера из адатомов Со (димер), локальных плотностей колебательных состояний и поляризации этих состояний. расчеты проводились с использованием потенциалов межатомного взаимодействия, построенных в приближении сильной связи (tight-binding approximation). Анализ полученных результатов показал, что присутствие димера кобальта приводит к модификации колебательных состояний повеехности меди, а также возникновению новых мод локализованных как на адатомах кластера. так и на поверхностных атомах подложки. Обнаруженная анизоропия релаксации поверхностей в направлении [001] приводит к деформации межатомных связей и расщеплению колебательных мод димера. Значения времени жизни колебательных состояний димера для обеих рассмотренных поверхностей практически равны, однако обнаружен частотный сдвиг.

Исследована реакционная способность нанопорошков меди, полученных электрическим взрывом проводника и методом механохимии. В качестве модельной реакции использована реакция окисления изопропилбензола. Обсуждается зависимость скорости поглощения кислорода от удельной поверхности и способа получения нанопорошка меди. Предложен возможный механизм окисления изопропилбензола в присутствии нанопорошков меди.