В учебном пособии помимо традиционно сложившихся разделов физики твердого тела отражены некоторые современные направления науки. такие как физика фотонных кристаллов, наномасштабная физика. фрактальные представления о структуре кристаллических тел. Теоретический материал каждой главы книги дополнен задачами с решениями. Для студентов и аспирантов высших технических учебных заведений, а также преподавателей физики и других естественно-научных дисциплин в технических вузах.

В монографии рассмотрены процессы, сопровождающие вылет электронов из заряженных поверхностей поляризованных электретов, сегнето-электриков. В первых главах рассмотрено устройство рентгеноэлектронного спектрометра, принципы функционирования энергоанализатора электронов, разработана методика получения спектров медленных электронов с нейтральных и заряженных поверхностей материалов. В процессе дальнейшего исследования разработанная методика применена для получения электронных спектров (спектров аномальной электронной эмиссии (АЭЭ)) с отрицательных поверхностей сегнетоэлектрических материалов (монокристаллов и керамик), обладающих электретными свойствами, и электретов. Изложена теория спектров АЭЭ, рассчитано распределение потенциала по заряженной поверхности поляризованных материалов. Рассмотрены прикладные аспекты применения спектров АЭЭ.

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.

На основе системного подхода обосновывается концепция физической мезомеханики, согласно которой поверхностный слой в деформируемом твердом теле является самостоятельной подсистемой. С ростом степени деформации в нем развиваются автономные процессы, оказывающие определяющее влияние на стадийность локализации пластического течения и разрушение образца в целом. Ключевую роль в мезомеханике поверхностного слоя играют его «эффективная» толщина и интерфейс с объемом кристалла, на котором распределение напряженно-деформированного состояния имеет вид «шахматной доски».

Монография ведущих специалистов Института физики взрыва ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» представляет собой последовательное изложение экспериментальных методов исследования физических, механических и оптических свойств конденсированных сред, подвергнутых ударно-волновому воздействию. Описаны методы изучения детонации конденсированных ВВ, ударного сжатия и адиабатического расширения веществ, распространения и структуры ударных волн. Большое внимание уделено вопросам прочности и разрушения твердых тел динамическими нагрузками. Представлены схемы постановки опытов, методы диагностики и регистрации процессов, происходящих в твердых телах. Приведены конкретные результаты исследования этих процессов.

В сборнике статей представлен цикл экспериментальных и теоретических работ по исследованию неравновесной плазмы, возникающей в результате воздействия интенсивного лазерного излучения на газообразные среды и твердые тела. Описаны методы регистрации параметров плазмы и ее временной динамики, приведены результаты экспериментов и теоретического моделирования. Предназначен для научных сотрудников, инженеров, аспирантов и студентов старших курсов, специализирующихся в области лазерной физики.

Приведен обзор работ авторов с сотрудниками, посвященных проблемам природы процессов массопереноса через интерфейсы в твердых телах и биологические мембраны. На основе термодинамического подхода физической мезомеханики сделано заключение, что в основе распространения транспортных потоков через интерфейсы и мембраны в живой и неживой природе лежат структурно-фазовые переходы наноструктурных состояний на границах раздела в гетерогенных средах. Такие состояния возникают на интерфейсах и в мембранах в условиях «шахматного» распределения напряжений, деформаций и химических потенциалов компонентов сопрягаемых разнородных сред. Рассмотрены актуальные практические приложения развиваемого подхода в биологии и современном материаловедении.

Предложено описание многоуровневой дефектной подсистемы в шейке деформируемого твердого тела на основе полевой теории дефектов. Ведущий механизм пластической деформации в шейке связан с самоорганизацией двух макрополос локализованных сдвигов, ориентированных по сопряженным направлениям максимальных касательных напряжений. Их материальные повороты компенсируются на мезомасштабном уровне фрагментацией материала в шейке как аккомодационный механизм кристаллографических поворотов. Дислокационная деформация на микромасштабном уровне описывается калибровочной теорией дефектов. Полевая теория дефектов позволяет описать известные механизмы пластической деформации в шейк на различных масштабных уровнях.

В работе развивается эволюционный подход к описанию деформационного отклика на нагружение твердых тел и сред, основанный на идеях нелинейной динамики. Под деформационным откликом понимаются процессы деструкции прочных сред в полях действующих сил, т.е. процессы неупругой деформации и одновременного развития разрушения. Показывается, что в основе математической теории эволюции твердых тел и сред лежат уравнения механики деформируемого твердого тела как фундаментальные уравнения математической физики, отражающие самые общие природные законы сохранения массы, импульса, моментов импульса и энергии. Все многообразие физических механизмов неупругой (пластической) деформации и процессов дилатансии, т.е. развития несплошностей разных масштабов и физической природы (вакансий, пор, микро- и мезоповреждений и т.д.), на этом феноменологическом уровне описания интегрально отражается путем задания нелинейных функций отклика среды на нагружение эволюционными определяющими уравнениями первой и второй группы. Таким образом, эти уравнения конструируются на основе ведущих физических механизмов изучаемого масштаба. Показано, что, изменяя только соотношение между положительными и отрицательными обратными связями (при прочих равных условиях), среда реагирует на нагружение от типичного пластического течения до хрупкого разрушения. Предложена также процедура введения в модель реального времени процесса, что позволяет решать как задачи ударно-волнового нагружения, так и задачи геодинамики и плитной тектоники с характерными временами в миллионы лет.

Предложен и обсужден автоволновой механизм локализации пластической деформации. Показано, что эффект локализации является общим для всех металлов и сплавов в моно- и поликристаллическом состояниях и проявляется на всех стадиях пластического течения независимо от типа кристаллической решетки и механизма деформации (дислокационное скольжение, двойникование, деформация фазового превращения). Обсуждаются величина и природа таких характеристик автоволн, как длина волны, скорость распространения волн и закон дисперсии. Формулируются основные представления о механизме генерации автоволн в системах, расслаивающихся на информационную и динамическую подсистемы.

Приведено концептуальное обоснование необходимости рассмотрения в физике пластичности и прочности твердых тел наномасштабного структурного уровня пластической деформации. Делается заключение, что в качестве основополагающего механизма пластической деформации следует рассматривать локальные структурные превращения (по типцу перестроения атомных кластеров различных конфигураций), которые происходят в нагруженном твердом теле в локальных зонах растягивающих нормальных напряжений. Данный механизм определяет общность природы всех возможных видов пластической деформации твердых тел.

Обнаружен новый механизм деформации в наноструктурированных поверхностных слоях деформируемого твердого тела и тонких пленках — развитие локализованного пластического течения в виде двойных спиралей. Сформулированы условия развития нового механизма деформации мезомасштабного уровня. Показано, что подобный механизм деформации может развиваться только в многоуровневой среде, имеет волновую природу и хорошо согласуется с полевой теорией неупругой деформации.

Представлен краткий обзор экспериментальных и теоретических исследований разрушения хрупких и пластичных тел и сред, включая геоматериалы и геосреды, неопровержимо свидетельствующих об иерархичности и самоподобии процессов их деформации и разрушения. Показано, что принцип универсальной делимости геоматериалов и геосред может быть продолжен на мезо- и микроуровни, на которых сохраняется (а точнее сказать, с которых начинается) самоподобие процесса их деструкции, установленное для макрообъектов. Показано также, что этот принцип может быть распространен и на пластичные материалы и среды. Обсуждается соображение, что альтернативу статистическим методам анализа разрушения и деформации может составить общая теория систем.

Разработана методика аттестации шероховатости поверхности твердых тел, основанная на вычислении фрактальной размерности изображений, получаемых с помощью сканирующей зондовой микроскопии. Путем тестирования на модельных самоаффинных броуновских поверхностях определены условия корректного измерения фрактальной размерности. Разработанный алгоритм применен для численного описания шероховатости поверхности тонких пленок SiO2, нанесенных при различных температурах. Показано, что в отличие от перепада высоты и среднеквадратичной шероховатости, фрактальная размерность демонстрирует хорошую корреляцию с морфологией поверхности тонких пленок оксида кремния.

Рассмотрены закономерности, сопровождающие развитие локализованной пластической деформации твердых тел. На примере анализа локализованного пластического течения металлов и неметаллов обнаружена корреляция произведений линейных и скоростных параметров процессов ynpyroй и пластической деформации. На этом основании высказана гипотеза о взаимосвязи характеристк упругой и пластической деформации. Обнаружена связь закономерностей пластического течения с квантово-механическими характеристиками.

Показано, что одноуровневые критерии распространения трещины в механике разрушения должны быть дополнены учетом структурных трансформаций в зонах локальной кривизны кристаллической решетки перед вершиной трещины. Развит модифицированный метод возбудимых клеточных автоматов, учитывающий моменты локальных сил в кристаллической решетке с нарушенной трансляционной инвариантностью и позволяющий рассчитывать работу поворотных мод деформации при распространении трещины. Приведены экспериментальные данные, подтверждающие многоуровневые критерии мезомеханики разрушения.

Книга - в настоящее время единственное в мировой литературе издание, в котором излагаются основные теоретические закономерности современной физической химии дисперсных систем и поверхностных явлений. Широта охвата проблемы, новизна материала и мастерское изложение вопросов позволяют использовать книгу и как монографию для научных работников и инженеров, деятельность которых связана с физикохимией поверхностей и многочисленными прикладными направлениями коллоидной химии, адгезией, адсорбцией, флотацией и т. п., и в качестве учебного пособия для преподавателей, аспирантов и студентов вузов.

Сборник содержит тезисы докладов всесоюзного симпозиума по физике поверхности твердых тел (Киев, ноябрь 1983 г.). Отражены результаты экспериментальных и теоретических исследований физических процессов на атомно-чистых поверхностях и на поверхностях, покрытых контролируемыми адсорбированными пленками. Рассмотрены вопросы атомной структур и электронных свойств поверхностей., фазовых переходов на поверхностях, кинетики процессов адсорбции и поверхностной диффузии, поверхностной ионизации. Для физиков.

Обобщены экспериментальные и теоретические исследования воздействия малых доз ионизирующего излучения (рентгеновских лучей, y-квантов, электронов) на полупроводниковые монокристаллы, полупроводниковые структуры и приборы, металлы, сплавы, режущий, буровой и волочильный инструменты, а также исследования радиационно-стимулированной миграции, диффузии и выхода водорода из твердого тела. Заложена феноменологическая модель упорядочения структуры дефектных кристаллов и изменения физических и механических свойств материалов под действием ионизирующего излучения. Для научных и инженерно-технических работников, занимающихся радиационной физикой твердого тела, модификацией свойств полупроводников и металлов, проблемой материалов для термоядерных и ядреных реакторов. вопросами водородной энергетики. Полезна аспирантам, магистрам и студентам соответствующих специальностей.

В книге изложены основы теории и практики высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) как аналитического метода, приведены примеры решения наиболее распространенных задач, в том числе по определению фальсификации и безопасности продукции как для простых случаев, так и для систем с неизвестным составом и изменяемым количеством компонентов (распознавание многокомпонентных систем на основе вычисленных признаков). Включены вопросы для контроля знаний и лабораторные работы, необходимые для выполнения практикума по ВЭЖХ. Особое внимание уделено использованию ВЭЖХ в физической химии для исследования межмолекулярных взаимодействий на границе раздела фаз "твердое тело - жидкость". Для студентов, аспирантов, преподавателей и специалистов, изучающих или использующих метод ВЭЖХ.

В учебном пособии, написанном известным специалистом из Германии, имеющим многолетнюю преподавательскую практику, изложены основы современного материаловедения. При этом в полной мере использованы фундаментальные понятия, представления и закономерности из других областей знаний - физики, химии, математики, а также кристаллографии и металлургии. Рассмотрены различные модели, в том числе на основе фазовых диаграмм и теории химической связи. Большое внимание уделено применению термодинамических подходов при изучении материалов. Подробно обсуждаются теория дефектов в кристаллических твердых телах, процессы кристаллизации и рекристаллизации, способы управления составом композиционных материалов, структурная организация в стеклах и полимерах. Книга очень хорошо иллюстрирована. Для студентов и аспирантов университетов, а также других вузов, готовящих специалистов в области наук о материалах.

В книге изложены основные представления физики конденсированных сред. На основании понятий дальнего и ближнего порядков рассмотрена структура вещества в твердом и жидком состояниях. Изложены основы зонной теории твердых тел и квантово-механический подход к изучению структуры и свойств конденсированных сред. Описаны их основные свойства (механические, электрические, магнитные, оптические), термодинамика и явления переноса. взаимодействие излучений с веществом. Рассмотрен особый тип конденсированных тел - полимер, демонстрирующие многообразие надмолекулярных механических свойства. описаны методы экспериментального изучения конденсированных сред. Книга содержит большую совокупность физических терминов, включающую практически всю номенклатуру понятий физики конденсированного состояния. Предназначена главным образом для аспирантов и студентов, специализирующихся в физике конденсированных сред. Будет полезна при изучении курсов общей физики, физики магнетизма, оптики, физики полупроводников и диэлектриков.

Сборник подготовлен международным коллективом ведущих специалистов в области нанонауки и наноструктурных покрытий. Изложены основные сведения о синтезе сверхтвердых пленок на основе тугоплавких соединений, их структуре, фазовом составе. физико-механических свойствах и сферах применения. Подробно характеризуются методы исследования покрытий: просвечивающая электронная микроскопия, наноиндентирование и компьютерный эксперимент. детально анализируются теоретические и опытные данные о природе деформации и разрушения сверхтвердых покрытий. Особое внимание уделено их трибологическим характеристиками и термической стабильности. Сборник будет полезен ученым, инженерам и преподавателям высшей школы, студентам и аспирантам, специализирующимся в области нанотехнологий, наноматериалов и нанопокрытий.

В монографии с помощью метода флуктуационных волн рассмотрено рассеяние рентгеновских лучей и нейтронов на флуктуационных неоднородностях концентрации и параметров порядка в твердых растворах, однокомпонентных упорядочивающихся кристаллах и системах, находящихся вблизи точек фазового перехода второго рода. Проанализирована информация об этих системах, которая может быть получена с помощью дифракционных исследований. Изложен ряд общих вопросов строения твердых растворов, теории фазовых переходов и флуктуаций в рассматриваемых системах. Рассчитана на научных работников, занимающихся теоретическими и экспериментальными исследованиями в области дифракции рентгеновских лучей и нейтронов, физики твердого тела, металлофизики и материаловедения, а также на студентов старших курсов соответствующих специальностей.

В монографии рассмотрен ряд вопросов из различных разделов физики, механики и физической химии, которые изучает механика сплошной среды. Описаны явления неограниченной кумуляции, явление сварки взрывом, метание взрывом кумулятивных облицовок и физико-химические превращения в веществе кумулятивной облицовки, а также предварительный нагрев облицовки кумулятивного заряда (статический и динамический), влияющий на характер кумулятивного течения. Идея академика М. А. Лаврентьева об использовании кумулятивных процессов для решения задачи ускорения твердых тел и до высоких скоростей получила оригинальное развитие, когда для разгона твердых тел была использована металлическая кумулятивная струя. В монографии развита идея Н. А. Златина о создании кумулятивной струи при соударении твердого тела с пластиной, имеющей выемку. Автору монографии и его ученикам принадлежит большое число оригинальных работ, рассмотренных в ней. Монография предназначена для широких кругов исследователей и инженеров, специализирующихся в области физики сплошной среды и высоких плотностей энергии. Она будет также полезна студентам и аспирантам соответствующих специальностей.

В книге систематизированы и обобщены данные по изменению кинетических свойств вещества при кристаллизации и стекловании расплавов. Выполнены многочисленные компьютерные эксперименты по определению кинетических свойств при затвердевании, подобрана поправка к потенциалу межатомного взаимодействия. Основное внимание уделено затвердеванию металлов и ионных расплавов, особенно оксидов. Для сопоставления приведены данные по молекулярным жидкостям, инертным газам, полимерам. Книга представляет интерес для специалистов, занимающихся изучением затвердевания и кинетических свойств жидкостей, а также для исследователей металлургических расплавов.

Во втором томе рассмотрены термодинамика. фазовые диаграммы, диффузионные и бездиффузионные фазовые превращения. Отражены вопросы получения быстрозакаленных сплавов, металлических композиционных материалов. Рассмотрены вопросы спекания. Книга предназначена для научных работников, занятых в области физики металлов, металловедов, работников заводских лабораторий, а также преподавателей, аспирантов и студентов старших курсов металлургических и машиностроительных институтов.

В учебном пособии изложены сведения о строении кристаллической решетки. Рассмотрены ее тепловые и электронные свойства, вопросы диффузии в твердой фазе. Приведены данные о дефектной структуре твердых тел. Освещены основные положения теории дислокаций и описываемые на ее базе представления о пластической деформации и разрушении твердых тел. Объяснена природа высокопрочного состояния. Проанализированы методики испытания металлов и сплавов при активном нагружении, ползучести. релаксации упругих напряжений и повторно-переменном нагружении. Для магистрантов, обучающихся по направлениям подготовки высшего профессионального образования "Прикладная механика" и "Техническая физика", а также аспирантов, специализирующихся в областях, связанных с физикой прочности и физическим металловедением.

Методом скретч-тестирования изучены механизмы разрушения покрытий TiAIN, нанесенных на подложки из стали 12Х18Н9Т. Показано, что разрушение покрытий начинается с образования трещин в вершинах навалов, образующихся вдоль царапины вследствие пластического оттеснения материала подложки. При последующем увеличении приложенной к индентору нагрузки характер разрушения покрытий определяется конкуренцией между растягивающими напряжениями позади индентора, вызванными силой трения, и напряжениями по периметру области контакта, обусловленными изгибом покрытия вследствие нормальной нагрузки. Установлено, что предварительная обработка подложки пучками ионов Ti обеспечивает одновременное повышение твердости и трещиностойкости покрытий TiAIN.

Scratch tests were performed to study failure mechanisms in TiAlN coatings deposited on substrates from steel 12Cr18Ni9Ti. It is shown that coating failure begins with crack generation at the apices of pile-ups formed along the scratch due to plastic ploughing of the substrate material. With further increase in indentation load the failure process is governed by the competition between tensile stresses behind the indenter arising due to friction force and stresses at the contact area periphery due to coating bending under normal load. Substrate pretreatment by Ti ion beams is shown to simultaneously increase the hardness and crack resistance of TiAlN coatings.