Исследованы механические свойства тонких пленок Ag одинаковой толщины с различным размером зерен. Твердость пленок определялась с использованием методов Оливера-Фарра, из определения работы индентирования, а также путем непосредственного измерения площади отпечатка индентора по АСМ-изображениям. Для исключения влияния подложки на измеренные значения твердости применялась методика определения истинной твердости пленок. Установлено, что твердость пленок Ag уменьшается с ростом среднего размера зерна, в то время как модуль упругости практические не изменяется. Показано, что зависимость предела текучести пленок Ag от размера зерна не совпадает с классическим законом Холла-Петча.

Методом наноиндентирования проведено измерение твердости и модуля упругости тонких пленок Ti и TiO2 на подложке Si. Показано, что применение метода Оливера–Фарра в сочетании с вычислением истинной твердости позволяет корректно определить твердость тонких пленок, нанесенных на подложку, независимо от соотношения твердости пленки и подложки.

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.

Монография посвящена систематическому изложению свойств, методов синтеза и возможностей применения пористого кремния, нанокремния и композитных материалов на их основе. Подробно изложены методы получения нанокристаллического кремния и проведен их сравнительный анализ. Описаны электронные и оптические свойства, современные методы исследования, позволяющие дать характеристику спектральных и структурных свойств этого материала, обладающего уникальными оптическими (поглощение излучения в УФ-области и фотолюминесценция в видимой области спектра) и электрофизическими свойствами. Значительное внимание уделяется различным областям практического применения : в УФ-защитных покрытиях, биоаналитике и солнечной энергетике. Представлены результаты исследований трансформации свойств наночастиц кремния в зависимости от химического состава примесей, появляющихся при синтезе и нахождении наночастиц в атмосфере воздуха. Описаны методы диагностики структуры, состава образующихся примесей и способы направленного модифицирования поверхности наночастиц кремния и функции их распределения по размерам. Монография рекомендуется широкому кругу читателей, интересующихся проблемами создания, исследования и применения наноматериалов, - научным работникам, аспирантам и студентам, специализирующимся в этой увлекательной и интенсивно развивающейся области современной науки.

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.

С помощью сканирующей туннельной, атомно-силовой и растровой электронной микроскопии исследован характер пластической деформации и разрушения тонких пленок Сu на кремниевой и полипропиленовой подложках при термическом отжиге и одноосном растяжении. Механические характеристики исходных пленок определяли методом наноиндентирования. Показано, что на поверхности пленок Cu при одноосном растяжении возникает мезоструктура в виде переплетающихся мезополос, а при термическом отжиге — ячеистая мезоструктура. Установлена линейная зависимость геометрических параметров поверхностной мезоструктуры от толщины пленки. Полученные результаты хорошо согласуются с концепцией «шахматного» распределения напряжений на границе раздела «пленка – подложка» в многоуровневой модели деформируемого твердого тела.

Рассмотрены физические основы метода высших гармоник. Даны рекомендации по отстройке от мешающих факторов и выбору оптимальных режимов неразрушающего контроля этим методом. Проведенные расчеты использованы для контроля твердости литого чугуна и магнитных параметров тонких магнитных пленок. Книга может быть полезна дефектоскопистам, проектирующим приборы неразрушающего контроля, инженерам, работающим в области использования нелинейных магнитных материалов в переменных полях, и физикам, занимающимся проблемами магнитных явлений, особенно в прикладном их аспекте.

Первое издание справочника по нанотехнологиям. выпущенное крупнейшим немецким издательством "Шпрингер" в 2004 году, заявило о себе как об основном источнике информации в области научных знаний о нанотехнологиях. Справочник объединяет сведения по технология, механике. материаловедению и надежности. Второе издание увеличилось с 6 до 8 частей, с 38 до 58 глав. Первая часть - введение в наноструктуры и технологии изготовления микро- и наноструктур. включая используемые при этом методы и материалы. Вторая часть справочника посвящена МЭМС/НЭМС и БиоМЭМС/БиоНЭМС приборам. Различные типы сканирующей зондовой микроскопии рассмотрены в третьей части. Четвертая часть посвящена обору нанотрибологии и наномеханики. Обзор смазок на пленках молекулярной толщины представлен в пятой части справочника. Шестая часть знакомит читателя с некоторыми применениями нанотехнологий в промышленном масштабе. седьмая сфокусирована на надежности микроприборов. И, наконец, последняя посвящена технологической конвергенции, которую несут с собой нанотехнологии, в ней также рассмотрены социальные, этические и политические последствия нанотехнолоий. Предметный указатель приведен в конце третьего тома. Книга подготовлена опытным редактором и написана командой из 150 известных международных экспертов. Она адресована инженерам-механикам и инженерам-электрикам. специалистам по материаловедению, медикам и химикам, которые работают в области нано-, или в областях, так или иначе связанных с этой новой важнейшей технологией.

Описаны принципы, методы и средства для реализации испытаний и определения механических свойств материалов в наношкале, которые получили в последние годы большое распространение под общим названием "наноиндентирование". Обсуждены информационные возможности этого большого и многофункционального семейства методов нано- и микромеханических испытаний. рассмотрены различные аспекты и особенности поведения твердых тел в условиях сильно стесненной деформации, возникающей при локальном нагружении поверхности микронагрузкой. Описаны способы извлечения механических характеристик тонких приповерхностных слоев разнообразных материалов, пленок и многослойных покрытий при локальном нагружении. Особое внимание уделено физическим механизмам деформации и разрушения в этих условиях. Книга адресована научным и инженерно-техническим работникам, занимающимся созданием, исследованием и аттестацией новых наноструктурных материалов и систем, а также будет полезна студентам и аспирантам, обучающимся по направлениям нанотехнологии и наноматериаловедения.

Первое издание справочника по нанотехнологиям. выпущенное крупнейшим немецким издательством "Шпрингер" в 2004 году, заявило о себе как об основном источнике информации в области научных знаний о нанотехнологиях. Справочник объединяет сведения по технология, механике. материаловедению и надежности. Второе издание увеличилось с 6 до 8 частей, с 38 до 58 глав. Первая часть - введение в наноструктуры и технологии изготовления микро- и наноструктур. включая используемые при этом методы и материалы. Вторая часть справочника посвящена МЭМС/НЭМС и БиоМЭМС/БиоНЭМС приборам. Различные типы сканирующей зондовой микроскопии рассмотрены в третьей части. Четвертая часть посвящена обору нанотрибологии и наномеханики. Обзор смазок на пленках молекулярной толщины представлен в пятой части справочника. Шестая часть знакомит читателя с некоторыми применениями нанотехнологий в промышленном масштабе. седьмая сфокусирована на надежности микроприборов. И, наконец, последняя посвящена технологической конвергенции, которую несут с собой нанотехнологии, в ней также рассмотрены социальные, этические и политические последствия нанотехнолоий. Предметный указатель приведен в конце третьего тома. Книга подготовлена опытным редактором и написана командой из 150 известных международных экспертов. Она адресована инженерам-механикам и инженерам-электрикам. специалистам по материаловедению, медикам и химикам, которые работают в области нано-, или в областях, так или иначе связанных с этой новой важнейшей технологией.

За последние годы метод спектрофотометрии нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) получил широкое распространение в практике научных исследований. В книге рассмотрены преимущества метода НПВО по сравнению с классическими методами пропускания и обычного отражения. Обсуждены возможности метода применительно к решению большого круга задач в области физики, химии, в различных областях техники, в биологии и т. д. Приводятся примеры как уже осуществленных, так и возможных приложений метода к изучению структуры поверхности массивных тел и тонких пленок, и в частности поверхностных свойств полупроводников. Рассмотрены приложения метода в области изучения полимеров, повеерхностных соединений, химических реакций, адгезии, адсорбции и т. д. Книга представляет большой интерес для специалистов-спектроскопистов, работающих в различных областях науки и техники, физиков, биологов.

Рассмотрены процессы упругой и пластической деформации металлических, оксидных и полупроводниковых пленок в процессе роста, термического отжига и механического нагружения. Показано, что при сжатии тонких пленок на податливой подложке на их поверхности формируются складки и происходит когерентная деформация подложки. В случае жесткой подложки сжимающие напряжения приводят к упругому изгибу пленки с локальным либо периодическим отслаиванием от подложки. Процесс пластической деформации тонких пленок определяется конкуренцией между изменениями их поверхностной энергии и энергии деформации. Выявлена фундаментальная роль периодического распределения напряжений и деформаций на границе раздела двух сред, лежащего в основе механизмов деградации тонких пленок при различных внешних воздействиях.

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.

Обнаружена неоднородность распределения физических и механических свойств (скорости ультразвука, твердости и ударной вязкости) в горячекатаной листовой стали 09Г2С, связанная с неравномерным протеканием процессов деформации и рекристаллизации в различных участках листа. Эффект выражен сильнее при пониженных температурах конца прокатки, определены корреляционные уравнения, связывающие указанные свойства, и обосновано применение измерений скорости ультразвука для оценки механических характеристик.

Проведено молекулярно-динамическое моделирование поведения незамкнутых наноструктур, полученных самосворачиванием двухслойных наноразмерных пленок Ni-Cu с различной композицией внутренней структуры. В процессе самосворачивания наноразмерных пленок в отсутствие внешних воздействий ее края совершают слабозатухающие гармонические колебания. Установлены особенности влияния внутренней структуры исходной пленки на характеристики колебаний. Показано, что, меняя композицию слоев исходной пленки или насыщая ее дефектами структуры, можно целенаправленно менять амплитуду или частоту колебаний, либо обе эти характеристики одновременно. Изменение композиции слоев производится таким образом, что геометрические размеры моделируемой наноструктуры остаются практически неизменными. Полученные закономерности представляют интерес для исследования и разработок комплектующих узлов наноустройств различного типа и назначения.

Настоящая монография посвящена электрическим и магнитным переходам в нанокластерах, наноструктурах, наноматериалах и наноустройствах. Рассматриваются существующие модели коллективизированных и локализованных электронов, а также механизмы переходов металл—изолятор и магнетик—парамагнетик. На протяжении всей книги проводится рассмотрение оригинальных авторских моделей фазовых переходов первого рода, трактующих наблюдаемые электрические и магнитные переходы первого рода в ряде нанокластеров и наноструктур с помощью критического размера нанокластера, когда электропроводимость и намагниченность изменяется скачком, а также критической концентрации дефектов в наноструктурах для возникновения фазовых переходов первого рода. Приводится оригинальная авторская модель перехода массивного твердого тела в наноструктуру, появление которой сопровождает фазовые переходы первого рода в окислах ванадия и европия. Рассматриваются переходы в изолированных нанокластерах и наноструктурах и эффекты, связанные с такими переходами; в их число включены: электрические и магнитные переходы в изолированных нанокластерах металлов и оксидов металлов, электрические и магнитные свойства нанотрубок, электрические и магнитные свойства поверхности оксидов, магнитные и структурные переходы в наноструктурах на основе оксидов железа aFe203 и YFe203, электрические и магнитные переходы в Fe304, V203, V02 и ЕиО, электрические поляризационные переходы в сегнетоэлектриках, эффекты квантового магнитного туннелирования, гигантское магнетосопротивление, мультиферроики, спинтроники, пьезоэлектрики, магнитостриктеры, термоэлектрики, хемоэлектрики и метаматериалы. Книга рекомендуется широкому кругу научных работников, специализирующихся в области физики, химии и нанотехнологий, а также студентам и аспирантам.

Экспериментально изучены закономерности и механизмы интенсивной пластической деформации (ИПД) при знакопеременном изгибе поликристаллической фольги высокочистого алюминия А999, наклеенной на упруго деформируемый плоски образец алюминия А7 или титана ВТ1-0. Установлены новые нелинейные волновые процессы, связанные с солитонами кривизны в поверхностных слоях сильно деформированных металлических материалов. Доказывается необходимость учета обнаруженных закономерностей ИПД при описании поведения наноструктурных материалов, тонких пленок и покрытий.

Методами оптической, атомно-силовой и сканирующей электронной микроскопии исследовано влияние температуры и длительности термического отжига на деформацию тонких пленок Cu, нанесенных на кремниевую подложку с промежуточным подслоем полиимида. Показано, что сжимающие термические напряжения вызывают коробление отслоившихся участков пленки, а также ее гофрирование, сопровождающееся когерентной вязкоупругой деформацией подслоя. Гофрирование пленок Cu происходит при переходе полиимида в высокоэластичное состояние, когда температура отжига превышает его температуру стеклования. Изменение параметров гофра в процессе термического воздействия определяется релаксацией нормальных и касательных растягивающих и сжимающих напряжений, периодически распределенных вдоль волнистой границы раздела "пленка-подслой".

Методами атомно-силовой и оптической микроскопии исследованы процессы пластической деформации и разрушения тонких пленок Ag и Ti при термическом и механическом нагружении. Показано, что данные процессы развиваются последовательно и самосогласованно на различных масштабных уровнях. При термическом отжиге пленок Ag изменения рельефа поверхности регулируются двумя конкурирующими процессами: ростом зерен и агломерацией материала в более крупные структуры, с последующим формированием отдельных островков. Пластическое течение тонких пленок Ti при одноосном растяжении сопровождается формированием на их поверхности двойных спиралей локализованной деформации. Разрушение пленок происходит в результате образования поперечных и продольных трещин.????.

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.

Методом атомно-силовой микроскопии исследованы закономерности гофрирования тонких пленок Al на подложке Si с подслоем полистирола при термическом воздействии. Измерение амплитуды и длины волны складок позволило выявить стадийность процесса гофрирования при различных температурах. Показано, что эволюция складок гофра в процессе отжига регулируется периодическим распределением нормальных и касательных напряжений вдоль границы раздела пленка-подслой.

Методами атомно-силовой и сканирующей электронной микроскопии исследованы механизмы деградации тонких пленок в процессе термического отжига. Выявлены основные факторы, оказывающие влияние на развитие процессов массопереноса в многослойных структурах при повышенных температурах. Показано, что кривизна поверхности и внутренних границ раздела является движущей силой массопереноса, обусловливающего распад тонких пленок, перераспределение легирующих элементов и образование силицидов.

Исследованы структура и механические свойства спечённых образцов из смеси распылённых порошков олова и порошков сплава AI - 0,5 Si. Спекание прессовок проводилось при нагреве их до 570 - 640 °С и выдержке до 3-х часов при фиксированной температуре. Установлено, что наибольшее влияние на характер формирующейся структуры и плотность порошковых образцов оказывает величина угла смачивания твёрдой фазы жидкой, поскольку определяет площадь межфазной поверхности и интенсивность процессов растворения-осаждения атомов твёрдой фазы. Алюминиевая матрица оказывается наиболее связанной, а образцы наименее пористые после спекания при температуре 600 °С в условиях частичного смачивания алюминия оловом, когда двугранный угол мал, но не равен нулю. Механические свойства спечённых (AI - 0,5 Si) - 40 Sn композитов определяли методом испытаний на сжатие. Установлено, что при фиксированном составе их прочность и пластичность в основном зависит от степени связанности матрицы, которая, в свою очередь, определяется особенностями взаимодействия жидкой фазы с твёрдой при спекании. При равном составе, наилучшую пластичность и наибольшую прочность демонстрировали образцы с высоким коэффициентом связанности алюминиевого каркаса и минимальной пористостью.

Методом рентгеноструктурного анализа исследованы структурно-фазовые состояния в поверхностных слоях никелида титана с покрытиями из Мо толщиной 200 нм и 500 нм, сформированными методом магнетронного напыления. Материал в покрытии имеет однокомпонентный химический состав и однофазную ОЦК-кристаллическую структуру Мо. Исследованы особенности тонкой атомно-кристаллической структуры материала в покрытии и в слоях подложки, прилежащих к нему. Установлено, что кристаллическая ОЦК решетка Мо в покрытии характеризуется наличием ориентированных микродеформаций разных знаков: сжатия вдоль поверхности образца и растяжения перпендикулярно к ней. Кристаллическая структура В2 фазы никелида титана в области, сопряженной с покрытием, имеет увеличенный параметр элементарной ячейки. измеренный в направлении нормали к поверхности.

Методами атомно-силовой и просвечивающей электронной микроскопии исследованы морфология поверхности и структура тонких пленок двуокиси кремния, нитрид бора, а также их двухслойной композиции. Пленки наносились методом газофазного химического осаждения по подложки GaAs. Показано, что температура подложки оказывает существенное влияние на рельеф поверхности и внутреннюю микроструктуру диэлектрических пленок. Слои, нанесенные при 473К, имеют аморфное строение с кристаллическими включенииями, а при 573К и выше являются нанокристаллическими. Усатновлено качественное соответствие между морфологией поверхности и структурой исследованных пленок.

Рассмотрены методы оценки адгезионной прочности, изучена морфология поверхности, проведен послойный элементный анализ в приповерхностном объеме никелида титана с покрытиями из Мо и Та различной толщины. Показано, что механическая и адгезионная прочность покрытий зависит от химического состава пленки и подложки, а также толщины покрытия.

Четвертое издание, как и третье (в 1983 г.), состоит из трех томов (каждый из которых в двух книгах). В книге второй первого тома рассмотрены физические методы исследования - тепловые, объемные, электрические, магнитные, мессбауэровская спектроскопия, радиоспектроскопия, а также методы испытания механических свойств и методики специальных испытаний. Цели и задачи металловедения как науки на современном уровне, определяющие содержание и построение данного справочника, отражены в итоговой главе (послесловии). Второй и третий тома справочника выйдут в свет в 1992-1993 гг. Для инженерно-технических работников и специалистов предприятий и научно-исследовательских организаций металлургической и машиностроительной промышленности.

Метод рентгеноструктурного анализа с использованием асимметричной схемы отражения развит до получения одномерных распределений структурно-чувствительных физических величин по глубине. Из получаемого в эксперименте набора усредненных величин по различным толщинам эффективно отражающего слоя, методика позволяет восстанавливать координатную зависимость этих величин. Методика может быть полезна при изучении физической и химической неоднородностей в поверхностном слое материала, создаваемых закалкой, различными видами поверхностного облучения, поверхностным легированием, наплавкой, нанесением пленок и т. д. В работе она применена для получения распределений по глубине нормальной и касательной микродеформаций, связанных с напряжениями 1-го рода, в подвергнутых электронному облучению образцах никелида титана с плоской поверхностью.

В работе исследуется поведение незамкнутых наноструктур в процессе их формирования из двухслойных наноразмерных пленок системы Ni-Cu с кристаллической структурой. Исследования проведены на основе метода молекулярной динамики с использованием многочастичных потенциалов межатомного взаимодействия. Показано, что края незамкнутой наноструктуры, полученной из двухслойной металлической пленки, могут совершать свободные гармонические колебания. Исследована зависимость амплитуды колебаний наноструктуры от размеров исходной пленки. Определены оптимальные геометрические параметры исходной пленки для получения незамкнутых наноструктур, колеблющихся ч максимальной амплитудой. Полученные результаты представляют интерес для разработки компонентов наноустройств различного функционального назначения.

Исследованы механические и триботехнические свойства композиционных покрытий, полученных методом электронно-лучевой наплавки на основе азотсодержащей хромомарганцевой стали с карбонитридами титана. Проведенные испытания на растяжение образцов с покрытиями показали, что с увеличением объемной доли упрочняющей фазы материал покрытия эффективнее сопротивляется пластической деформации. Твердость (HRC) покрытий увеличивается с ростом содержания упрочняющей фазы. Испытания образцов с покрытиями на абразивную износостойкость и износ пары трения по схеме «вал – две плоские колодки» показали, что с увеличением в покрытиях доли карбонитридов титана улучшаются их триботехнические характеристики.??.

Проведены структурные исследования и испытания на изгиб порошковых композитов, полученных горячим уплотнением механических смесей из элементарных порошков алюминия, титана и кремния. Определены режимы термосиловой обработки, при которых сохраняется исходный фазовый состав механической смеси и достигаются максимальная прочность и пластичность композитов. Определено, что прочность и пластичность композитов определяются алюминиевой матрицей, формирующейся при сваривании смежных порошковых частиц.

Обобщен опыт исследований физических эффектов в диссипативных структурах методами обработки изображений. в том числе с применением преобразования Фурье. Исследованы диссипативные структуры в аморфных и нанокристаллических пленках. Рассмотрено моделирование процессов взрывной кристаллизации и формирующихся атомных структур. Предназначена для специалистов в области материаловедения и физики конденсированного состояния. Может быть полезна аспирантам и студентам, интересующимся электронной микроскопией.

Исследованы структурно-фазовые состояния поверхностны слоев никелида титана с покрытиями из молибдена толщиной 200 и 500 нм, сформированных методом магнетронного напыления. Обсуждаются особенности тонкой атомно-кристаллической структуры материала в покрытии и прилежащих к нему слоях подложки. определен характер микродеформации кристаллической решетки молибдена, изучены закономерности ее изменения по толщине покрытия. установлено, что кристаллическая решетка молибдена в покрытии характеризуется наличием ориентированных микродеформаций разных знаков: сжатия вдоль поверхности образца и растяжения по нормали к ней. Кристаллическая структура В2-фазы никелида титана в области, сопряженной с покрытием, имеет увеличенный параметр элементарной ячейки.