tezisu

УДК 517.9, 519.633

ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВЕТОДИОДОВ ПРИ ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Абулкарамов В.В., Вальшин А.М. Башкирский государственный университет, г. Уфа, Россия

Светодиод или светоизлучающий диод(СИД) - полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Полупроводниковые светоизлучающие диоды - класс твердотельных приборов, в которых электрическая энергия непосредственно преобразуется в световую. В основе их действия лежит инжекционная электролюминесценция. СИД решают задачу преобразования электрических сигналов оптические, а так же служат эффективными по КПД источниками света.

КПД светодиодов, который у первых промышленных устройств был меньше 1%, удалось поднять выше 50%, а светоотдача выросла с 1 до 150 люмен на ватт, что вдвое больше, чем у энергосберегающих люминесцентных ламп. Теоретический максимум светоотдачи для совершенно идеального источника белого света около 250 лм/Вт, так что до предела осталось не так уж и далеко. Производители светодиодов декларируют срок службы до 100 тысяч часов, или 11 лет непрерывной работы.

Нами проведены измерения электрических и оптических параметров светодиодов.

Измерены зависимости выходной мощности излучения светодиода от мощности накачки в непрерывном, импульсном и ВЧ импульснопериодическом режимах. Определены оптимальные режимы работы в непрерывном, в импульсном режимах.

Показана перспективность ВЧ импульсно-периодического режима для увеличения импульса выходной мощности светодиода по сравнению с импульсным режимом без существенного уменьшения коэффициента светоотдачи.

Абулкарамов В.В., Вальшин А.М. 2014 г.

31

СЕКЦИЯ «ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ»

ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОГО РАВНОКАНАЛЬНОГО УГЛОВОГО ПРЕССОВАНИЯ НА СТРУКТУРУ И СВЕРХПЛАСТИЧНОСТЬ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА 1570С

Мухаметдинова О.Э.1, Автократова Е.В.1, Исанбердина Л.Р.2, Ситдиков О.Ш. 1,3, Маркушев М.В.1

1Институт проблем сверхпластичности металлов РАН, г. Уфа, Россия, 2Уфимский государственный авиационный технический университет, г. Уфа, Россия

3Башкирский государственный университет, г. Уфа, Россия

Исследовали параметры сверхпластичности (СП) алюминиевого сплава 1570С (Al-5Mg-0,2Sc-0,08Zr) в двух структурных состояниях, полученных равноканальным угловым прессованием (РКУП) гомогенизированного слитка за 3 и 8 проходов при температуре 325 oС. Испытания на растяжение проводили в интервале температур 350-520 oС и начальных скоростей деформации 10-3-10-1с-1 на образцах с размерами рабочей части 1,5×3×6 мм, ось которых совпадала с направлением последнего цикла прессования. Структуру сплава исследовали методами оптической и электронной микроскопии.

Установлено, что в результате 3 проходов РКУП, исходная структура с равноосными зернами размером ~ 25 мкм трансформировалась в структуру, содержащую около 30% новых зерен размером 1-2 мкм, формирующихся вдоль границ исходных зерен. Даже с такой структурой сплав демонстрировал высокоскоростную СП с удлинениями более 2000% при скоростях деформации ~1×10-2 с-1 и температурах выше 475 oС.

В результате РКУП до 8 проходов в заготовках была сформирована структура на 70% состоящая из ультрамелких зерен размером ~1 мкм. Формирование такой структуры обеспечило достижение как высокоскоростной, так и низкотемпературной СП с еще большими удлинениями и при больших скоростях деформации. Удлинения ~ 3300 % были получены при температуре 475 oС и скорости ~ 5×10-2 с-1, а при температуре 350 oС и скорости ~ 1×10-2 с -1 они составили более 1000 %.

Обсуждено влияние типа структуры, формирующейся при РКУП, на особенности его механического поведения при растяжении в широком температурно-скоростном интервале.

© Мухаметдинова О.Э., Автократова Е.В., Исанбердина Л.Р., Ситдиков О.Ш., Маркушев М.В. 2014 г.

33

УДК 669

ВЛИЯНИЕ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СРЕДНЕУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

Протасова Е.О., Абрамова М.М., Караваева М.В. Уфимский государственный авиационный технический университет,

г. Уфа, Россия Стали широко применяются в качестве конструкционных материалов

благодаря их относительной дешевизне и хорошим эксплуатационным свойствам. Развитие методов интенсивной пластической деформации (ИПД) позволяет добиться уникальных свойств в результате формирования нанокристаллической структуры (НК) в объемных материалах [1-3]. Создание НК материалов является одним из перспективных направлений в области материаловедения из-за их уникальных физико-механических свойств.

В работе среднеуглеродистая сталь 45 подвергалась ИПД методом равноканального углового прессования (РКУП) мартенситной структуры, сформированной закалкой в воду с температуры 800 °С. РКУП проводили при температуре 350 °С по режиму Вс, количество проходов 8, угол пересечения между каналами 120 °. После РКУП размер зерна феррита составил 237±18 нм, размер карбидов оказался равным 17±1 нм. После отжига при температуре 350 °С в течение 1 часа размер ферритного зерна стали составил 285±22 нм, размер карбидов 39±2 нм. Микротвердость стали 45 в состоянии поставки составляла 260±12 HV, после закалки возросла в 2,6 раза. После РКУП микротвердость уменьшилась в 1,6 раза и составила 430±15 HV. После отжига при температуре 350 °С микротвердость оказалась равной 340±13 HV.

Рис. 1. Результаты проведения механических испытаний на одноосное растяжение стали 45; а – после РКУП, б – после РКУП и отжига при температуре 350°С

34

Проведенные механические испытания на одноосное растяжение показали, что после РКУП и после РКУП и отжига появляется зуб текучести, вероятно связанный с образованием атмосфер Коттрелла, затем, как видно на рис. 1, следует снижение напряжения из-за локализации деформации.

Также была дана оценка вкладов упрочнения в пределы текучести стали 45 после РКУП и после РКУП и отжига при температуре 350 °С в соответствии с законом Холла-Петча:

Оказалось, что наибольшие вклады в предел текучести стали 45 после деформации вносят зернограничное, дисперсионное и дислокационное упрочнения, которые составили 56 %, 22 % и 15 % от предела текучести соответственно. Степень накопленной деформации в результате прохождения 8 проходов РКУП составляет е=5, что приводит к увеличению общей протяженности границ зерен и измельчению карбидных частиц.

Последующий отжиг после деформации заметно уменьшает дислокационное упрочнение, вероятно из-за активизации процессов рекристаллизации и возврата. В основном в предел текучести вносят вклады: зернограничный и дисперсионный, которые составляют 63 % и 24 % от предела текучести соответственно.

Таким образом, РКУП мартенситной структуры стали 45 формирует НК структуру, а также повышает уровень микротвердости. Основные вклады упрочнения в предел текучести среднеуглеродистой стали после РКУП – это зернограничный, дисперсионный и дислокационный; после РКУП и отжига при температуре 350 °С основными вкладами упрочнения в предел текучести стали 45 являются зернограничный и дисперсионный.

Литература

1.Валиев Р. З., Александров И. В. Объемные наноструктурные металлические материалы. М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. 398 с.

2.Добаткин С. В., Арсенкин А. М., Попов М. А. и др. Получение объемных нано- и субмикрокристаллических материалов методом интенсивной пластической деформации // МиТОМ. 2005. №5. с. 29-34

3.Valiev R. Z., Islamgaliev R. Люб Alexandrov I. V. // Progress in Material Science. 2000. V.45, No. 2. P. 102-189

35

УДК 538.911

КЛАССИФИКАЦИЯ СТРУКТУРНЫХ РАЗНОВИДНОСТЕЙ ГРАФИНОВЫХ СЛОЕВ

Беленкова Т.Е., Чернов В.М.

Челябинский государственный университет, г. Челябинск, Россия Исследования гибридных соединений углерода, состоящих из атомов в

состояниях с различной гибридизацией, представляют большой научный и практический интерес, так как, меняя соотношение атомов в различных состояниях можно изменять свойства материалов без изменения их химического состава. Одной из разновидностей таких углеродных материалов являются материалы, состоящие из sp и sp2 гибридизированных атомов, получивших название графины (graphyne), потому, что в их структуре имеются фрагменты полииновых (poliyne) цепочек. Экспериментально синтезировать первую из структурных разновидностей графина – графдиин удалось только в 2010 году. В работе разработана структурная классификация графиновых слоев, на основе которых описан ряд новых структурных разновидностей не известных ранее.

Формально, структура графинов может быть описана как структура плоских сеток, образованных узлами, связанными двумя или тремя связями с соседними узлами. Модельное получение графиновых слоев возможно из графеновых слоев, в которых все атомы находятся в sp2 трехкоординированных состояниях. Для получения графина необходимо заменять углерод-углеродные связи между атомами в трехкоординированных sp2 состояниях на фрагменты полииновых цепочек. В результате замен одной, двух и трех связей у каждого sp2 атома графенового слоя получаются соответственно γ, β, и α структурные разновидности графина. Возможно существование семи основных структурных разновидностей графина: α, β1, β2, β3, γ1, γ2 и γ3. Основные полиморфы графина состоят из атомов в двух кристаллографически эквивалентных состояниях. Другие разновидности графина можно построить, варьируя длины карбиновых цепочек полииновой разновидности или в результате комбинации семи основных полиморфов графина, получая структуры α-β, β-γ, α-γ-графинов и др. Расчет геометрически оптимизированной структуры основных полиморфных разновидностей графина был выполнен полуэмпирическими квантово-механическими методами MNDO, AM1, PM3 и ab initio расчетами. В результате расчетов были найдены значения их структурных параметров и энергии сублимации. Энергии сублимации у графиновых слоев меньше чем у слоя гексагонального графена, однако, выше энергии сублимации фуллерена C20, который экспериментально синтезирован и устойчив при нормальных

УДК 538.911

ПОЛУЧЕНИЕ АЛМАЗОПОДОБНЫХ ФАЗ ИЗ 3D-ГРАФИТОВ

Грешняков В.А., Беленков Е.А.

Челябинский государственный университет, г. Челябинск, Россия

Внастоящее время активно развиваются различные подходы поиска новых углеродных кристаллических структур. Одним из таких современных подходов является методика получения фаз и наноструктур, базирующаяся на кристаллографической размерности предшественника и его атомном координационном числе [1]. В данной методике предложен новый способ получения структур алмазоподобных фаз в процессе сшивки новой группы

предшественников [3Dc,3] – трехмерных графитов, состоящих из 3- координированных атомов.

Врезультате проведенного теоретического анализа и модельных расчетов установлены структуры трех новых алмазоподобных фаз LA9, LA10 и CA12, получаемых из 3D-графитов [2]. Для фаз LA9, LA10 и CA12 при использовании метода LDA-DFT были рассчитаны длины связей, углы между связями, деформационный параметр, параметры элементарных ячеек, плотности, полные энергии, плотности электронных состояний и ширины запрещенных зон [2]. Значения некоторых структурных характеристик и свойств приведены в таблице.

(а) (б) (в)

Рис. 1. Кристаллические структуры алмазоподобных фаз: (а) LA9; (б) LA10; (в) CA12 Таблица. Структурные параметры и свойства углеродных фаз

Литература

1.Беленков, Е. А. Классификация структурных разновидностей углерода/ Е. А. Беленков, В. А. Грешняков // ФТТ, 2013, т. 55, с. 1640-1650.

2.Беленков, Е. А. Новые структурные модификации алмаза: LA9, LA10, CA12 / Е. А. Беленков, В. А. Грешняков // ЖЭТФ, т. 146, с. 116-122.

©Грешняков В.А., Беленков Е.А., 2014 г.

37

УДК 538.911

РАСЧЕТ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ПОЛИМОРФНЫХ РАЗНОВИДНОСТЕЙ ГРАФЕНА

Коченгин А. Е., Беленков Е.А.

Челябинский государственный университет, г. Челябинск, Россия

В качестве графена обычно рассматривают гексагональные слои из трехкоординированных углеродных атомов, находящихся в состоянии sp2 гибридизации. Однако структура таких слоев может быть не только гексагональной. Эти полиморфные разновидности графена пока не синтезированы и исследуются теоретически. Отдельные слои гексагонального графена (L6) впервые получены сравнительно недавно в 2004 году. В природе слои L6 графена существуют в качестве структурных единиц графитовых кристаллов. Поэтому новые полиморфные разновидности графена вероятно можно синтезировать в виде кристаллов, состоящих из негексагональных слоев. Какова структура таких кристаллов до сих пор остаѐтся неясным.

Модельно различные слои графена могут быть получены в результате сшивки и последующей геометрической оптимизации карбиновых цепочек или карбиновых наноколец. Теоретический анализ показывает, что возможно существование только четыре структурных разновидности графеновых слоев L6, L3-12, L4-8 и L4-6-12 в которых атомы находятся в кристаллографически эквивалентных состояниях. Именно эти структурные разновидности графена представляют наибольший интерес, т.к. они должны быть более устойчивыми по сравнению с графеновыми слоями из атомов в неэквивалентных состояниях. Расчет структуры слоев L6, L3-12, L4-8 и L4-6-12 был выполнен полуэмпирическими квантово-механическими методами MNDO, AM1 и PM3. Для каждого из слоев были найдены длины связей, углы между связями и параметры элементарных ячеек. Найденные значения структурных параметров были использованы для расчетов трехмерной структуры кристаллов, состоящих из таких слоев.

Расчеты трехмерной структуры были выполнены методом атоматомного потенциала. Корректность расчетов была проверена при сопоставлении расчетных значений структурных параметров кристаллов L6 и экспериментальных значений для кристаллов графита – расхождение значений менее 0.1%. Межслоевые расстояния в кристаллах полиморфов L3- 12, L4-8 и L4-6-12 больше чем в кристаллах графита 3.470, 3.406, 3.424 Å соответственно. Кристаллические решетки полиморфных разновидностей L3-12 и L4-6-12 относятся к гексагональной сингонии, а L4-8 – к тетрагональной. Число атомов в элементарных ячейках полиморфов L3-12, L4-8 и L4-6-12 – 12, 8 и 24 атома соответственно. Период повторяемости слоев к кристаллах через слой. Удельные энергии межслоевых связей полиморфов на 10 – 20 % меньше энергии связи в кристаллах L6.

38

УДК 538.911

МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ 3D-ГРАФИТОВЫХ ФАЗ

Миннибаев И.Н., Беленков Е.А.

Челябинский государственный университет, г. Челябинск, Россия

Атомы углерода в состоянии sp2 гибридизации находятся в соединениях

втрехкоординированных состояниях и образуют ковалентные связи с соседними атомами, лежащими в плоскости. Поэтому соединения из трехкоординированных атомов углерода имеют, как правило, слоевую

структуру. Однако, возможно существование трехмерных жесткосвязанных фаз из sp2 гибридизированых атомов – так называемых 3D-графитов. В данной работе выполнен теоретический анализ возможной структуры таких соединений.

Модельно структура любой 3D-графитовой фазы может быть получена

врезультате частичной деструкции алмазоподобных фаз. В данной работе были изучены фазы, получающиеся в результате деструкции алмазоподобных фаз с тубулановой структурой. В исходных алмазоподобных фазах из четырех ковалентных связей, образуемых каждым атомом, удалялась одна из связей. В процессе такой частичной деструкции кристалл алмазоподобной фазы трансформировался в цепочки, слои, нанотрубки или 3D-графитовые фазы, которые геометрически оптимизировали методом молекулярной механики ММ+. В результате выполненных исследований установлено, что из 7 тубулановых алмазоподобных фаз могут быть получены 22 фазы из трехкоординированных атомов с трехмерной жесткосвязанной структурой. Изображение геометрически оптимизированной структуры одной из таких фаз, полученной в результате деструкции алмазоподобной структуры ТА6, приведено на рисунке 1. Таким образом, в результате выполненных

исследований установлена возможность существования ряда новых углеродных фаз. Эти фазы могут быть использованы в качестве конструкционных материалов с механическими свойствами, превосходящими свойства алмазов из-за того, что прочность углерод-углеродных связей в таких соединений выше прочности межатомных связей в алмазе.

Рис.1. Структура фазы GTA6b.

© Миннибаев И.Н., Беленков Е.А., 2014 г.

39

УДК 669.018.6

ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОТВЕРДОСТИ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КОБАЛЬТА

Габдрахманова Л.А.

Башкирский государственный университет, г. Уфа, Россия

В работе приведены результаты исследований микротвердости

Холла-Петча. Нами установлено, что данная область соответствует области рекристаллизации.

При уменьшении размеров ОКР ниже L~1000 Å микротвердость падает. Нами показано, что эта область соответствует области возврата. Уменьшение микротвердости при уменьшении размеров кристаллитов ниже некоторого критического размера Lкр ранее наблюдали и обсуждали в ряде работ. Мы это объясняем тем, что в исходном НК кобальте, полученном ИПД, плотность дислокаций велика и микротвердость в основном определяется скоростью диффузии (область возврата). С ростом температуры отжига размеры кристаллитов растут, плотность дислокаций уменьшается, что приводит к росту их подвижности и к уменьшению микротвердости (область рекристаллизации).

© Габдрахманова Л.А., 2014 г.

40