ЦЕВАКОВ Виктор Александрович, МОРОЗ Никита Вадимович

Республика Крым, город Симферополь

Представляются теоретические и экспериментальные исследования аморфных и наноструктурированных порошковых материалов, базирующихся на основе кремния и фуллеренсодержащих материалов, полученных на основе утилизированных резиновых изделий. Приводится теоретические аспекты расчета дисперсионных зависимостей энергетических уровней исследуемых материалов. Экспериментальные зависимости приведены в качестве спектров прохождения и пропускания тонких и толстых пленок, осажденных на основе данных материалов. Перспективным направлением является исследование материалов и создание фотоэлектрических преобразователей 3 и 4 поколения, которые объединяют свойства дешевизны и приемлемого КПД преобразования солнечной энергии в эл. ток.

Для научных и практических задач необходимо проводить бесконтактный анализ быстропротекающих тепловых процессов в различных телах при их импульсном нагреве. Целью исследования является анализ особенностей нагрева полупроводниковых структур и испытания варисторов (нелинейных резисторов на основе карбида кремния) с помощью приборов инфракрасной техники, исследование контактных явлений в поликристаллах карбида кремния.

Для научных и практических задач необходимо проводить бесконтактный анализ быстропротекающих тепловых процессов в различных телах при их импульсном нагреве. Целью исследования является анализ особенностей нагрева полупроводниковых структур и испытания варисторов (нелинейных резисторов на основе карбида кремния) с помощью приборов инфракрасной техники, исследование контактных явлений в поликристаллах карбида кремния.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ОБРАЗЦОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ПОСЛЕ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ С ОПЛАВЛЕНИЕМ МЕТОДОМ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ

ФИО автора работы: Щелкунова Галина Евгеньевна

Образовательное учреждение: МБОУ лицей №1

Руководитель: Харламова Ольга Владимировна, учитель физики МБОУ лицея №1

Тьютор: Ким Владимир Алексеевич, докт. техн. наук, проф. кафедры «Материаловедение и технология новых материалов ФГБОУ ВО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет» 

Цель исследования – определение наиболее подходящего режима лазерной обработки для последующего нанесения покрытия.

Для достижения поставленной цели требуется выполнение следующих задач:

1. Исследовать поверхность алюминиевого сплава после лазерной обработки на разных режимах.
2. Сравнить поверхности после обработки на разных режимах.
3. Найти режим лазерной обработки, обеспечивающий необходимое для нанесения покрытия качество поверхности.

Анализ литературных источников показывает, что лазерная обработка является наиболее подходящим методом подготовки поверхностей алюминиевых сплавов к нанесению защитных покрытий.

В основе лазерной обработки лежат процессы, свя­занные с высокими скоростями нагрева и охлаждения поверхности (10⁴-10⁸ °С/c) детали в зоне воздействия. Это приводит к возникновению мелкодисперсных приповерхностных структур и повышению физико-механических свойств поверхностей деталей. После лазерной обработки с оплавлением поверхности структура материала в зоне лазерного воздействия (ЗЛВ) значительно изменяется. В условиях высоких скоростей охлаждения рост первичных кристаллов почти полностью подавляется и ЗЛВ имеет строение, отличающееся высокой дисперсностью.

Исследование проводилось в три этапа:

1. Подготовка образцов из алюминиевого сплава Д16 для исследования: вырезание образцов; обработка лазером на заданных режимах. Режимы лазерной обработки образцов представлены в таблице 1.

 Таблица 1. Режимы обработки образцов

2. Исследование с помощью сканирующего электронного микроскопа модели Hitachi s
3. Исследование методом сканирующей зондовой микроскопии при помощи атомно-силового микроскопа «СЗМ НАНОЭДЮКАТОР II».

Актуальность исследования обусловлена высокой распространенностью алюминиевых сплавов в различных областях техники. Одним из свойств алюминия является низкая адгезия к различным пленкообразователям. Поэтому для нанесения лакокрасочных пленок на алюминиевые сплавы следует уделять большое внимание подготовке металла перед покрытием.

Новизна исследования состоит в установлении влияния режима лазерной обработки на структуру обработанной поверхности алюминиевого сплава Д16. Результаты исследования могут быть применены на машиностроительных предприятиях при изготовлениях изделий из алюминиевых сплавов.

В результате проведенного исследования были сформулированы следующие выводы:

1. Лазерная обработка алюминиевых сплавов является наиболее подходящим методом подготовки поверхностей алюминиевых сплавов к нанесению защитных покрытий.
2. Структура поверхности в зоне лазерного воздействия существенно зависит от режима лазерной обработки.
3. Поверхность, обработанная лазером на режиме 2, наиболее развитая и больше подходит для нанесения защитного покрытия.
4. Меньше всего для нанесения покрытия подходит поверхность, обработанная режимом 4, как наименее развитая.
5. Среди рассмотренных режимов лазерной обработки алюминиевого сплава Д16 для последующего нанесения покрытия наиболее подходящим является режим 2.

ПРИЛОЖЕНИЕ

а)

б)

Рис. 1. Образец, обработанный лазером на 2 режиме: а - изображение,

полученное на электронном микроскопе, б - изображение, полученное

на наноэдюкаторе

Список использованной литературы

1 Шиганов И. Н. Технологические особенности лазерной сварки алюминиевых сплавов / И. Н. Шиганов, Е. Н. Йода, А. А. Холопов // Свароч. пр-во. – 2010. – № 10. – С. 32-37.

2 Григорьянц А. Г., Смирнова Н. А. Упрочнение поверхности стали 45 и литейного алюминиевого сплава АК9 излучением волоконного лазера // Технология машиностроения. 2011. № 11. С. 52-56. 

3 Конов В. И. Лазерно-плазменные микро- и нанотехнологии // Вестн. Рос. акад. наук. – 2011. – Т. 81, № 6. – С. 542-551.

4 Тарасова Т.В., Гвоздева Г.О. Исследование процессов лазерного легирования поверхности алюминиевых сплавов // Наука и образование: электронное научно-техническое издание. 2012. №3. С. 48

Цель моей работы: доказать, что теплоизоляция зданий и сооружений  сохраняет  тепло в помещении и уменьшает долю затрат на энергоносители.

Задачи: 

• найти материал, рассказывающий о применении теплоизоляционных материалов
• выяснить основные причины потери тепла через ограждающие конструкции 
• исследовать преимущества использования теплоизоляции 
• произвести расчеты теплопотерь утепленных и не утепленных стен 

Практическая значимость работы заключается в том, что результаты данного исследования могут стать основанием для разработки комплекса мероприятий по энергосбережению и привлечения общественности к решению  важных проблем теплосбережения. 

Новизна научно-исследовательской работы заключается в том, что проведенные расчеты призывают решать проблему теплосбережения. 

Методы и средства: изучение и анализ справочной литературы, информационных Интернет-сайтов, эксперимент, наблюдение.

В данной работе я исследовла теплоизоляционную вату(минеральную вату). И выяснила, что теплоизоляция зданий нужна для: 

• Экономии на обогреве помещения 
• Обеспечения комфорта в помещении
• Снижения стоимости конструкций
• Сохранения экологии

Также для правильного утепления дома, должны соблюдаться следующие условия: 

• Эффективное утепление 
• Негорючесть 
• Долговечность
• Звукоизоляция
• Экологичность
• легкость монтажа

Всеми этими признаками как раз и обладает минеральная вата.

Я провела расчеты по потерям тепла через ограждающие конструкции, тем самым доказала, что через утепленное минватой здание уходит намного меньше тепла и, что минеральная вата действительно сохраняет тепло в доме.

Потери тепла через утепленное здание. Фотки сделаны через тепловизор: красным цветом обозначены участки, через которые выходит тепло, темным цветом, участки через которые не уходит тепло. 

Также были проведены эксперименты на негорючесть и на водонепроницаемость. 

 В ходе исследования было выяснено, что можно сэкономить на отоплении около 6 рублей за квадратный метр в утепленном здании. 

Выводы:

Благодаря проведенным экспериментами расчетам, я выяснила, что минеральная вата-это отличный материал для утепления домов.

Минеральная вата-это: 

• Эффективное энерго- и теплосбережение
• Благоприятный климат в помещениях
• Защита здания (система теплоизоляции перекрывает трещины, обеспечивает защиту от коррозии, от морозов, обеспечивает сухие стены и отсутствие конденсата)
• Экономия на отоплении
• Сохранение тепла на долгое время
• Безопасность
• Комфорт и уют

Благодаря минеральной вате, вы сможете сохранить тепло, комфорт и уют на долгие годы вперед без лишних трат.

Будущее за альтернативными источниками энергии Шайхузина Александра 11.01.2017 Будущее за альтернативными источниками энергии Автор: Шайхузина Александра Финусовна, Республика Башкортостан, г.Янаул, МБОУ гимназия им. И.Ш.Муксинова г.Янаул, РБ, 5а класс Научный руководитель: Нуртдинова Резида Хамисовна, учитель начальных классов МБОУ гимназии им. И.Ш.Муксинова г.Янаул, РБ. Цель моего исследования - Изучить виды и эффективность альтернативных источников энергии. Я выдвинул гипотезу: Возможно ли существование человека при использовании альтернативных источников энергии Задачи моего исследования: Задачи исследования: Изучить литературу и информационные источники по исследуемой теме; Пополнить знания о разнообразии источников альтернативной энергии; Провести исследование и наблюдение; Обобщить, подвести выводы по исследованию; Провести мастер - класс При проведении своего исследования мы использовали следующие методы: изучение литературы; сбор информации; эксперимент; наблюдение и сравнительный анализ. Актуальность: природные ресурсы не бесконечны, именно поэтому имеет значение применить альтернативные источники энергии, которые смогли бы найти широкое применение среди людей, в своих эко-домах. Объектом исследования мы выбрали дом, в ходе исследования применили альтернативные источники энергии и даны рекомендации. Значимость и новизна: до сих пор еще люди не применяли все источники альтернативной энергии в домах, я же в свою очередь исследовала и доказала возможность широкого применения данных источников, и открытии дополнительных возможностей для того чтобы жизнь людей стала экологически чистой и экономичной, что в свою очередь приведет к очищению атмосферы и увеличения природных ресурсов. Что такое альтернативные источники энергии Альтернативный источник энергии — способ, устройство или сооружение, позволяющее получать электрическую энергию (или другой требуемый вид энергии) и заменяющий собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле. Цель поиска альтернативных источников энергии — потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться также экологичность и экономичность. Причины применения альтернативных источников энергии Цель поиска альтернативных источников энергии — потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться также экологичность и экономичность. Виды альтернативных источников энергии солнечная энергетика, ветроэнергетика, биомассовая энергетика, волновая энергетика, градиент-температурная энергетика, эффект запоминания формы, приливная энергетика, геотермальная энергия. О пользе альтернативных источников энергии Использование возобновляемых источников энергии не только удешевляет добычу и потребление, но и очищает атмосферу, улучшает наше здоровье. И в этом тоже огромная выгода для государства, ведь здоровое общество – гарант высоких показателей экономики, достижений науки, культуры и искусства и пр. Экспериментальная часть ***В заключении хочется рассказать о практическом исследовании в использовании альтернативных источников энергии. Целью нашего исследования: изучить виды и эффективность альтернативных источников энергии. Объектом исследования мы взяли дом. Все свои наблюдения мы внесли в интеллект карту (см. в приложении). Исследуя экспериментальным путём условия благоприятного применения альтернативных источников энергии, таким образом, мы пришли к выводу: Использование природных осадков (дождь, снег, туман), как альтернативный источник энергии в бытовых целях. Растения в доме могут улучшать гигиенические условия, эстетические качества жилища, плодоносить и урожай при этом может быть далеко не символический. Таким образом экодом будет предоставлять своим обитателям большие возможности для занятием растениеводством как в доме, так и на прилегающем участке. Расположенный на крыше дома сад, кроме ландшафтного дизайна имеет функцию фильтра дождевой воды и талого снега, которая в свою очередь используется в бытовых целях (мытье посуды, полов; стирка белья; принятия ванны и т.д.) Использование солнечных батарей, альтернативный источник энергии, применяемый для освещения дома, приготовления пищи. Панель солнечной батареи генерирует эл.энергию в аккумуляторный накопитель, который обеспечивает электричеством бытовые приборы. Аккумуляторный накопитель располагается в подвальном помещении дома. Использование опилок-брикета (отходы от производства) для розжига камина, для обогревания комнат. Биотопливо – ещё один вариант возобновляемого источника тепла, который в дальнейшем может значительно потеснить уголь или газ на мировом рынке. Для обогрева домов используются отходы производства, такие как опилки, стружки, щепа, различный сельскохозяйственный мусор, органические отходы и прочее.В моем случае, отопление, использую точно такое же, как в средние века, для отопления замков. Только в моем доме, теплый дым проходит между стенами, и тем самым нагревает помещение. Для разжигания камина мы будем использовать брикеты из опилок, которые остаются от производства. ***Сроки проведения: эксперимент был начат 01 марта 2016 года и закончен 30 ноября 2016 года Результаты нашего эксперимента: Альтернативные источники энергии можно самостоятельно с конструировать в бытовых условиях Благоприятные условия для альтернативных источников энергии: желание жить в чистом экологическом доме. Заключение Гипотеза нашего исследования подтвердилась – существование человека при использовании альтернативных источников энергии, возможно. Современному человеку экодом может показаться весьма сложным, однако для того кто в нем вырастет, напротив, нынешние дома покажутся слишком примитивными. Для ребенка сама жизнь в экодоме будет помимо прочего естественным техническим и экологическим университетом. Для развития детей экодом предоставит неизмеримо большие возможности, чем например, обычная бетонная камера с перегородками, именуемая городской квартирой.

В данной работе показан процесс разработки и исследования структуры дисперсно-упрочненных композиционных материалов системы Cu-Al-Ti-Sn-C-O, и ее физико-механических свойств, которые являются основой связки для алмазного инструмента. В ходе исследования выявлено, что представленные материалы имеют высокие значения температуры рекристаллизации и теплопроводности, что превышает по всем показателям широко применяемую в промышленности связку системы Cu-Sn.

Тезисы

Название научно-исследовательской работы:  «Новые материалы: исследование физико-химических свойств паутины».

Автор работы: Семенов Илья Александрович

Образовательное учреждение, в котором обучается автор работы: Автономное общеобразовательное учреждение муниципального образования г. Долгопрудного средняя общеобразовательная школа №11.

Научный руководитель: Семенов Александр Валерьевич, МФТИ, к.т.н., старший преподаватель ФРТК

Целью исследовательской работы является изучение физико-химических свойств паутины.

Поставленные и решенные задачи:

1. Изучена природа пауков.
2. Исследовано значение паутины в природе.
3. Проведена практическая работа, направленная на изучение свойств путины.

Актуальность исследования. Паутина –  одна из удивительных технологических находок природы: она является прочной и экологичной. Паутина пока не имеет аналогов, созданных руками человека. Ученые разных стран мира уже долго изучают химический состав паутины. Но, несмотря на достигнутый ими успех в данной области, до сих пор еще никому не удалось воссоздать такую паутину, которую плетут пауки! Поэтому я считаю, что изучение физико-химических свойств паутины и возможностей их применения для производства новых материалов является перспективным.

Объектом исследования являются физико-химические свойства паутины.

Предметом исследования является  изучение свойств паутины и возможностей ее использования людьми.

Гипотеза исследования: пауки – одно из чудес живой природы, а их «продукт» – паутину можно использовать для практических целей в жизнедеятельности людей.

Методы исследования: анализ литературы, наблюдение, эксперимент, сравнительный анализ.

Значимость и новизна исследования. В ходе работы я узнал много нового о жизни пауков. Изучены свойства паутины. Благодаря полезным свойствам паутины, человек может ее использовать в своей жизнедеятельности. Паутина обладает кровоостанавливающим действием и способствует заживлению тканей. Эти свойства паутины нужны современной медицине. Врачи могут использовать ее для наложения швов. Паутина - отличный материал для изготовления прочных и легких тканей. Серия проведенных экспериментов позволила узнать физико-химические свойства паутины. Знание химического состава паутины позволит в будущем в лабораторных условиях получить искусственную паучью, максимально приближенную к «натуральной».

Итоги исследования. Наблюдения за действиями паука – плетением паутины и ловлей добычи (наблюдения проводились в период летних каникул 2016 г.) показали, что паук никогда не сидит в самом центре своей ловчей сети, он прячется в каком-то укрытии поблизости. И от сети к укрытию обязательно тянется паутинка - сигнальная нить.

Физико-химические свойства паутины я исследовал с помощью проведения шести экспериментов:

1. Изучение эластичности паутины (постепенно растягивал паутину с разными усилиями до тех пор, пока она не порвалась). Данный эксперимент показал, что паутина  эластична и не  деформируется, при повышенном давлении разрывается (имеет предел прочности).
2. Влияние температуры окружающей среды на паутину (паутина помещалась в морозильную камеру холодильника и на жару на 24 часа - внешний вид паутины не изменился: ее цвет остался прежним, на паутинках не появился иней, на ощупь она не была холодной и оставалась липкой, свойства эластичности паутины сохранились). Данный эксперимент показал, что на  внешний  вид  паутины, ее  качество и свойства не  влияет высокая и низкая температура, а также резкий   перепад  температуры воздуха. 
3. Изучение особенностей взаимодействия паутины с водой (смачивал паутину водой, наблюдал, растягивал, опускал в воду). Данный эксперимент показал, что паутина не впитывает воду и не растворяется водой; в воде – не тонет (легче воды), намоченная паутина растягивается из-за эластичности.
4. Горение паутины (поджег паутину и резину, сравнивал реакцию горения: пламя горения паутины красное в середине, по краям синее, без выделения черного дыма. При горении - резкий запах жженого пера). Данный эксперимент показал, что паутина горит, не  плавится, значит,  она натурального  происхождения. 
5. Проверка прочности паутины (постепенно утолщал «веревку» из паутины, привязывал грузы). Данный эксперимент показал, что прочность паутины повышается при увеличении количества паутинок.
6. Химический состав паутины (провел две характерные реакции для белков с азотной кислотой и биуретовую реакцию: в результате реакции паутины с азотной кислотой образовался сгусток желтого цвета; при взаимодействии паутины с гидроксидом меди произошло окрашивание раствора в фиолетовый цвет). Данный эксперимент показал, что в состав паутины входит белок; поскольку паутина превратилась в сгусток желтого цвета, значит, в белке присутствуют аминокислоты фенилаланин и тирозин.

Опыты показали, что паутина является натуральной, эластичной, тягучей, липкой, хорошо горит, плавает в воде, сохраняет тепло, устойчива к высокой и низкой температуре, отталкивает воду и является прочной. Значит, из паутины можно получать прочные и легкие материалы. Вещество, из которого образована паутина, не окисляется на воздухе, не разлагается без доступа воздуха. Качественные реакции на белок подтвердили, что в состав паутины входит белок, в котором присутствуют аминокислоты фенилаланин и тирозин.

Результаты моих наблюдений и экспериментов подтвердили гипотезу: пауки – одно из чудес живой природы, а их «продукт» – паутину можно использовать для практических целей в жизнедеятельности людей.

Апробация работы. Наблюдения за жизнью пауков и исследования физических свойств паутины проводятся мной с первого класса. Некоторые из результатов моего исследования докладывались лично и обсуждались на следующих мероприятиях:

1. Школьная конференция с докладом «Удивительное рядом». Школа № 8 им. А.Г. Ломакина, г. Таганрог, 2012 год. (1 место)
2. Вторая Всероссийская конференция «Первые шаги в науку» с докладом «Изучение свойств паутины и возможностей её использования людьми». г. Таганрог, 2015 год. (1 место).

По теме исследований имеется одна публикация в сборнике материалов II Всероссийской конференции «Первые шаги в науку».

Список литературы.

1. Семенов Илья. Изучение свойств паутины и возможностей её использования людьми. Сборник материалов второй Всероссийской конференции «Первые шаги в науку», 15 декабря 2015 года, г. Таганрог – [б.м.]: Издательские решения, 2015. - С. 98-107. – ISBN 978-5-4474-4338-2.
2. Акимушкин И.В. Мир животных. Насекомые. Пауки. Домашние животные. – М.: Мысль, 2016. – 489 с.
3. Большой энциклопедический словарь «Биология» // под ред. М. С. Гилярова. – М.: Большая российская энциклопедия, 2016. – 325.
4. Большая детская иллюстрированная энциклопедия / пер. с итал. Л.В.Золоевой. – М.: АСТ: Астрель, 2008. – 325.
5. Детская энциклопедия // под ред. Ю.В..Шокарева. - М.: «Росмэн», 2016. – 200 с.
6. Ланге А.Б. Отряд пауки // Жизнь животных. 2-е изд. М.: Просвещение, 2010 – 470 с.
7. Насекомые и пауки. Полная энциклопедия / Перевод с англ. М. Авдониной. – М.: Эксмо, 2007. – 256 с.
8. Пауки (Материал из Википедии –  свободной энциклопедии) // http://ru.wikipedia.org/wiki. – Дата обращения: июнь 2016 г.
9. Пауки и паутины // http://rndnet.ru/part-photop/pauki-i-pautiny. – Дата обращения: октябрь 2016 г.
10. Харитонов Д.Е. Каталог русских пауков. – М.: Эксмо, 2009. – 206 с.
11. Энциклопедия. Открой мир вокруг себя / Перевод с англ.
    М. Авдониной. – М.: Эксмо, 2016. – 256 с.
12. Справочник химика 21 // http://chem21.info/info/915751/ – Дата обращения: июнь 2016 г.

Приложение

Исследовательский проект на тему:  "Ветроэнергетика" 

Гайзуллин Артур Дамирович

МБОУ Асекеевская СОШ

Научный руководитель: Хафизова Руфия Зямилевна, учитель физики высший квалификационной категории 

Целью научной работы является изучение и получение электроэнергии из альтернативного источника энергии

Задачи:

• Рассмотреть ветрогенератор как экономичный источник энергии.
• Узнать работу ветроэлектрической установки (ВЭУ).
• Рассмотреть ВЭУ в селе Старокульшарипово.

Краткое описание работы:

В работе представлены ряд экспирементов и их описание. Рассотрены основые аспекты ветроэнергетики. Рассмотрено применение ВЭУ в селе Старокульшарипово и проведены расссеты электроэнергии, вырабатываемой за год.

Актульность, значимость и новизна исследования:  2017 год объявлен годом экологии, и я думаю, это не с проста, ведь проблема загрезнения окружающей среды остро стоит в наше время. Планета медленно умирает под слоем тонного мусора и грязного воздуха. В таких ситуациях люди пытаются найти ответ на главный вопрос "Как спасти Землю?". Несмотря на то, что это сложный вопрос, которые требует много времени на поиски ответа, решение было найдено...альтернативные источники энергии! Мы считаем, что ветроэнергетика очень актуальна, так как это очень выгодный способ получения электроэнергии. Пока ветроэнергетика не нашла широкого применения для всеобщего использования, потому что огромные ветроустановки занимают огромные по площади территории. 

Итог: Мы рассчитали годовую выроботку электроэнергии от ВЭУ, и пришли к выводу, что для обеспечения всех жителей села нам не хватит выработанной энергии. Но для обеспечения сельскохозяйственной фермы, которая находится в селе, вполне достаточно.

Список литературы: 

"Энергетика: проблема настоящего и возможности будущего" В. Радионов 

"Ветродвигатели и ветроустановки" Е. М. Фатеев

"Самодельная ветроэлектростанция" Б. Кажинский и С. Перли 

  Тезисы  к исследовательской работе «Изучение спин-орбитального взаимодействия. Практический анализ спектров натрия»

Автор работы: Струк Маргарита, ученица 12 «А» класса, Теоретического лицея им М.В. Ломоносова, г. Бельцы,  Молдова

Научный руководитель: доктор хабилитат, профессор Молдавского Государственного Университета Игорь Евтодиев.

Актуальность исследования:

Я выбрала данную тему, так как она является очень актуальной и значимой в современных условиях. Спектральный анализ – один из наиболее распространенных сов­ременных физических методов определения химического состава метал­лов и сплавов в заводской практике.

Особенностями данного анализа являются: высокая скорость анализа(1-2 мин), высокая чувствительность оборудования, анализу может быть подвергнут любой предмет, низкая стоимость анализа (в 525 раз дешевле химического анализа) при сравнительно высокой  стоимости основного оборудования.

Данный анализ очень востребован в современном мире, он широко используется в аналитической химии, астрофизике, металлургии, машиностроении, геологической разведке, археологии и других отраслях науки.

Объект исследования: спектры излучения атома Na.

Предмет исследования: спектроскопия, спектральный анализ и спин-орбитальное взаимодействие в атомах.

Цели и задачи:

1. Изучить спектральный анализ, виды спектра, проанализировать спектральные методы.
2. Провести качественнй анализ спектральных линий испускания атома.
3. Изучить спин-орбитальное взаимодействие в атоме Na.

Методы исследования:

1. Теоретический (изучение и анализ литературы, других источников информации, постановка целей и задач);
2. Практический (регистрация спектров испускания Натрия с помощью стелоскопа СЛ-11А);
3. Эмпирический (наблюдение, описание и выводы).

Итоги исследования:

В ходе работы мной были изучены темы спектрального анализа, спин-орбитального взаимодействия в атоме натрия и спектр его испускания. Проведенное исследование доказало, что в спектре натрия присутствует желтая,красная, зеленая и др. Так же мной наглядно было показано, что линии обладают дуплетной структурой.

Список использованной литературы:

1. Горяги Г. Атомный практикум. - Москва,1981.
2. Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия.- Москва, 1962.
3. Фриш С.Э. оптические спектры атомов. - Москва-Ленинград,1963.
4. Стриганов А.Р., Свинтицкий Н.С. Таблицы спектральных линий нейтральных и ионизированных атомов.- Москва: Атомиздат,1966.
5. Evtodiev I. Automul de hidrogen si atomii metalelor alcaline. – Chisinau, 2005.
6. Стиласкоп СЛ-11А. Описание и инструкция по эксплуатации.- Москва
7. B. Priestley Spectral Analysis and Time Series
8. Lawrence Marple Digital Spectral Analysis: With Applications
9. Winkler Spin-orbit Coupling Effects in Two-Dimensional Electron and Hole Systems

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ И ФОТОРЕФРАКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ МОНОКРИСТАЛЛОВ НИОБАТА ЛИТИЯ РАЗНОГО СОСТАВА ПО СПЕКТРАМ КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА И ПАРАМЕТРАМ РАССЕЯННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Арешин Станислав Олегович¹, Яничев Александр Александрович²

¹          11 класс МБОУ средняя общеобразовательная школа № 15, г. Апатиты, Мурманская обл. 

²              научный руководитель, к.ф.-м.н., старший научный сотрудник Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН

Тезисы

Непрерывная модернизация рынка высоких технологий требует оптимизации уже имеющихся и синтеза новых функциональных материалов, формирующих вектор развития электронной техники. Сегнетоэлектрические монокристаллы ниобата лития, благодаря своему уникальному набору свойств, выгодно отличающему их от современных аналогов, получили широкое применение в качестве активных материалов для преобразования лазерного излучения, оптической записи информации, устройств лазерной и медицинской техники, автоматики. При этом остро стоит вопрос повышения оптического качества, стойкости к оптическому повреждению функциональных материалов на основе ниобата лития. Исследование структурных и фоторефрактивных особенностей монокристаллов ниобата лития разного состава представляют значительный интерес. Это позволит получить дополнительную информацию о структурном упорядочении кристаллической решетки, формировании фоторефрактивного эффекта в монокристаллах ниобата лития в зависимости от состава и типа легирующей примеси.

В данной работе были исследованы спектры комбинационного рассеяния (КРС) монокристаллов ниобата лития (НЛ) разного состава при возбуждении спектров в геометриях рассеяния Y(ZX)Y и Y(ZZ)Y, в которых проявляются исключительно колебания Е и А₁ типов симметрии, соответственно. Общий вид спектров КРС НЛ в указанных геометриях рассеяния приведен на рис. 1. Видно, что в геометрии рассеяния Y(ZX)Y проявляются 7 фундаментальных колебаний Е типа. При этом в геометрии рассеяния Y(ZZ)Y наблюдаются 4 фундаментальных колебания А типа симметрии.

Интересным фактом является присутствие в спектрах КРС всех исследованных кристаллов в геометрии рассеяния Y(ZX)Y линии с частотой 630 см^-1. Данная линия соответствует фундаментальным колебаниям кислородных октаэдров А₁(ТО) типа симметрии. Наличие линии с частотой 630 см^-1 в данной геометрии рассеяния свидетельствует о сильной деполяризации лазерного излучения, проходящего через кристалл ниобата лития, вследствие фоторефрактивного эффекта.

Линия с частотой 630 см^-1 в литературе обычно используется в качестве аналитической при определении по спектрам КРС величины эффекта фоторефракции в монокристалле ниобата лития [1]. Так, чем выше интенсивность данной линии, тем более сильными фоторефрактивными свойствами обладает кристалл.

Поскольку интенсивность спектральных линий испытывает сильную зависимость от условий эксперимента, то для оценки величины фоторефрактивного эффекта нами была использована не абсолютная интенсивность линии с частотой 630 см^-1, а относительная интенсивность, т.е. отнесенная к интенсивности более стабильной и разрешенной в данной геометрии рассеяния линии с частотой 580 см^-1[1]. Таким образом, относительная интенсивность линии с частотой 630 см^-1 определялась следующим образом:

Iотн.₆₃₀= (I₆₃₀/I₅₈₀)·100%                   (1)

Из полученных данных видно (рис. 2), что введение небольших количеств «нефоторефрактивных» катионов Zn²⁺ приводит к незначительному увеличению Iотн.₆₃₀, что не согласуется с представлениями о влиянии легирования «нефоторефрактивными» катионами на величину эффекта фоторефракции. Данный факт может свидетельствовать также об искажении кристаллической решетки катионами легирующей примеси, в результате чего происходит смещение катионов O^2- из своих исходных положений, что приводит к изменению параметров спектра КРС.

Исходя из полученных в данной работе спектров КРС, величина эффекта фоторефракции в кристаллах, легированных катионами B³⁺ ниже, чем аналогичная величина в номинально чистом кристалле конгруэнтного состава. Так, из табл. 1 видно, что значение Iотн.₆₃₀ уменьшилось на 3,3 %. Этот факт свидетельствует о том, что упорядочение структуры кристалла произошло еще на стадии приготовления расплава.

Интересен также тот факт, что присутствие всего 0,005 % катионов Cu²⁺ в структуре кристалла приводит к резкому усилению эффекта фоторефракции: значение Iотн.₆₃₀ увеличилось на 64,4  % относительно данной величины в спектре номинально чистого кристалла конгруэнтного состава.

Результаты исследования параметров рассеянного излучения представлены в таблице 2 и рис. 3. Видно, что по характеру изменения интенсивности рассеянного излучения исследованные кристаллы можно разделить на 2 группы: те, для которых интенсивность со временем убывает (стехиометрический и легированных катионами меди) и те, для которых интенсивность постепенно возрастает (конгруэнтный, легированные катионами B и Zn).

Поведение кривых зависимости I от t для трех других кристаллов можно объяснить процессом постепенной самофокусировки лазерного излучения и формирования лазерного трека. Когда трек сформирован, интенсивность рассеянного излучения практически не изменяется.

Таким образом, в данной работе показано, что отклонение состава кристалла ниобата лития от стехиометрического, а также легирование структуры катионами Zn²⁺, B³⁺и Cu²⁺приводит к существенным структурным изменениям, а также значительно влияет на фоторефрактивные свойства кристалла, а соответственно и на механизмы рассеяния излучения.

Так, показано, что наиболее упорядоченной структурой обладает монокристалл ниобата лития стехиометрического состава, наименее упорядоченной - монокристалл ниобата лития, легированный катионами Zn²⁺.

Наиболее сильным фоторефрактивным эффектом характеризуется монокристалл ниобата лития, легированный катионами Cu²⁺, также этот кристалл характеризуется наибольшим рассеянием излучения.

Самым «нефоторефрактивным» кристаллом из пяти исследованных является монокристалл ниобата лития стехиометрического состава. При этом большее, чем в кристаллах конгруэнтного состава, а также кристаллах, легированных B и Zn, рассеяние проходящего излучения, вероятно, обусловлено одной из составляющих рассеяния света – большим диффузионным полем.

Список литературы

[1] Н.В. Сидоров, А.А. Яничев, М.Н. Палатников, А.А. Габаин, О.Ю. Пикуль. Оптическая однородность, дефекты и фоторефрактивные свойства стехиометрического, конгруэнтного и легированных цинком кристаллов ниобата лития // Оптика и спектроскопия, 2014, Т. 117, № 1, с. 76–85.

Приложение 1

Y(ZZ)Y

Y(ZX)Y

Рисунок 1. - Спектры КР номинально чистых и легированных монокристаллов LiNbO₃:1 -  стехиометрический; 2 - конгруэнтный; 3 - НЛ:Zn; 4 - НЛ:B; 5 -  НЛ:Cu

Приложение 2                                                 

Рисунок 2. -Зависимость значения Iотн.₆₃₀ в спектрах кристаллов ниобата лития

от их состава

            Таблица 1 - Основные параметры линий, отвечающих колебаниям Е(ТО) типа симметрии, в спектрах КРС монокристаллов ниобата лития разного состава

(верхняя строка в таблице загружается некорректно, корректная таблица есть в тексте работы) 

 где v (см^-1) – частота, s(см^-1)  – ширина спектрального пика 

 Приложение 3

Таблица 2 -Зависимость интенсивности рассеянного излучения в кристаллах ниобата лития разного состава от времени.

Рисунок 3 - Зависимость интенсивности рассеянного излучения в кристаллах ниобата лития разного состава от времени.

ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ

Тема: «Синтез и исследование свойств композиционных материалов на основе оксида цинка»

Руководитель от университета: Подшибякина Е.Ю (Аспирант кафедры композиционных материалов и физико-химии металлургических процессов ИЦМиМ СФУ)
Руководитель от школы: Молчанова Е.Р (Преподаватель химии в МБОУ СШ №144 г.Красноярск)
Автор работы: Иванова  Е.В.

Значимость:

• Композиционные материалы на основе оксида цинка на данный момент имеют широкую потенциальную область потребления и использования.
  Так же композиционные материалы, на данный момент являются одним из самых популярных и  значимых материалов, не только в науке, технике, строительстве и других инженерных структурах, но так же, в других технических сферах, нуждающихся в полимерных композиционных материалах с повышенными эксплуатационными характеристиками.

          Новизна:

• В настоящее время широкое распространение получили композиционные материалы на основе оксидов металлов, характеризующиеся уникальным сочетанием химических, физических и механических свойств, что позволяет их использовать в различных областях современной техники. Например, в качестве оксидной дисперсно-упрочняющей фазы в электроконтактных элементах низковольтной аппаратуры используется оксид кадмия. Несмотря на достоинства материала, он обладает существенным недостатком, который связан с токсичностью кадмия и его опасностью для окружающей среды. Поэтому в последние десятилетия пристальное внимание исследователей обращено к решению этой проблемы. Вместо оксида кадмия предложено использовать диоксид олова и оксид цинка. Замена токсичного оксида кадмия в составе электроконтактных материалов на менее токсичный и дешевый материал, позволит существенно снизить экологическую опасность электроконтактной продукции, не ухудшая ее характеристик. Введение в оксид цинка ванадия может приводить к улучшению ряда эксплуатационных характеристик, таких как, например, электропроводность, смачиваемость расплавом серебра и дугогасящие свойства.
  
  Акутальность:
• ZnO является многофункциональным полупроводниковым материалом,  так же этот материал имеет высокую радиационную, химическую и термическую стойкость и в перспективе может широко использоваться при создании элементов прозрачной электроники.

           Цель:

•  Целью работы является отработка методики твердофазного  синтеза керамики на основе оксида цинка, допированной ванадием. Определение оптимальных параметров для получения керамических материалов: давления прессования, температуры и продолжительности спекания.  

          Задачи:

• изготовление керамики различного состава;
• исследование электропроводящих свойств полученных материалов.
  

Описание научной работы:

Ячейка ZnO состоит из комбинации двух видов атомов: цинка (Zn) и кислорода (О). Атомы кислорода образуют плотнейшую гексагональную упаковку, а атомы цинка расположены в центрах тетраэдров, образованных атомами кислорода. Оксид цинка встречается в природе в виде минерала цинкита. Его получают обжигом цинкового концентрата, последующей продувкой его воздухом при температуре 1200°С и улавливанием пылевидного оксида цинка в специальных фильтрах, а также сжиганием цинка на воздухе или прокаливанием гидроксида, нитрата или оксалата цинка Оксид цинка обладает амфотерными свойствами, вследствие чего растворяется в кислотах и щелочах, взаимодействует с растворами солей с образованием простых или двойных основных солей. При сплавлении ZnО с основаниями и с большинством оксидов металлов образуются цинкаты. Композиционные и керамические материалы на основе оксида цинка представляют собой гетерогенные системы, полученные из двух или более компонентов. Композиционные материалы состоят из непрерывной фазы - матрицы, и наполнителей, которые вводят для модификации свойств матрицы и придания им улучшенных или качественно новых свойств.  Все вышеперечисленные особенности композиционных материалов зачастую не поддаются четкому контролю при изготовлении продукта. Множество ученых, исследователей и химиков-инженеров занимаются подборкой оптимальных условий изготовления и компонентов материала, обеспечивающих наилучшие физические и химические свойства. В нашей научной работе было принято решение произвести исследование не только химических и физических свойств ZnO, но так же и V₂O₅ и Cu₂O так как данные химические соединения являются оптимальными и наиболее легкими в использовании при создании композиционных материалов.

В данном исследовании была отработана методика твердофазного  синтеза керамики на основе оксида цинка, допированной ванадием. Были определены оптимальные параметры для получения керамических материалов: давление прессования, температура и продолжительность спекания.

Для получение керамики использовали  оксиды ZnO, V₂O₅ и Cu₂O. Приготовление шихты, составы которых указанны в таблице 1, осуществляли совместным перетиранием оксидов в агатовой ступке в течение 1 часа. Оксид меди использовали в качестве компонента, обеспечивающего спекание образцов.

Таблица 1 – Составы керамических материалов на основе (100-х) ZnO-хV₂O₅0,1 Cu₂O

Таблица 2 – Составы керамических материалов на основе (100-х)ZnO-хV₂O₅

Итоги исследования: 

1. Разработаны технологические режимы получения керамических материалов на основе ZnO-V₂O₅ –TiO и ZnO-Cu₂O-V₂O₅ . Установлено что при давлении прессования 100 МПа для системы ZnO-V₂O₅ -TiO и 150 МПа для системы ZnO-Cu₂O-V₂O₅, а также температуры в 1000 ⁰С и времени спекания 3 часа для обоих систем образуется наиболее плотный керамический материал, плотностью не менее 5,2 г/см³ и пористостью не более 5,5 %.
2. Исследование микроструктуры образцов полученной керамики показало, что при повышении содержания V₂O₅ средний размер зёрен увеличивается от 6 до 24 мкм.
3. На основании рассмотрения температурных зависимостей удельной электропроводности исследуемых керамических образцов установлено что: введение и увеличение содержания оксида ванадия до 0,2 мол.% приводит к росту электропроводности; образцы, в состав которых входит TiO, характеризуются более высокой электропроводностью по сравнению с образцами с Cu₂O.

Список используемых источников

1. Petritz R.L. Theory of photoconductivity in semiconductor films / R.L. Petritz // Phys.Rev. 1956. Vol.104. P. 1508-1516.
2. Физика соединений А₂В₆ / [под ред. Георгобиани А.Н.]. – М.: Наука, 1986. –320 с.
3. Morkos H. Zinc Oxide. Fundamental, Materials and Device Technology / H. Morkoc, U. Ozgur. – Weinheim: Wiley–VCH, 2009. – 448 p.
4. Всесторонний обзор материалов и устройств на основе ZnO / Ya. I. Alivov, C. Liu, A. Teke, M. A. Reshchikov et al. 2007. P 124-186.
5. A. B. M. A. Ashrafi, A. Ueta, A. Avramescu, H. Kumano, I. Suemune, Y.-W. Ok, and T.-Y. Seong, Appl. Phys. Lett. 2000. – С.76.
6. Транзисторы. Свойства. [Электронный ресурс] : zdc – Электрон. дан. 2007 – Режим доступа:http: //www.zdc.ru/azinc/doyouknow/tranzistors.html
7. Petritz R.L. Theory of photoconductivity in semiconductor films / R.L. Petritz // Phys.Rev. - 1956. – V.104. – С. 1508-1516.
8. Bahadur S. Studies of AlN grown by MOVPE for electronic and optoelectronic applications. – PhD Thesis: Ulm University / S. Bahadur. –Ulm, 2010. – С.163.
9. Deposition and electrical properties of N-In co doped p-type ZnO films by ultrasonic spray pyrolysis / J. M. Bian, X. M. Li, X. D. Gao [et al.] // Appl. Phys. Lett, 2004. – V.84, №4. – С. 541-543.
10. Young D.L. Structural characterization of zincstannate thin films / D.L. Young, Williamson, T.J. Coutts // J Appl. Phys. – 2002. – V.3, №1 - С. 1464-1471.
11. Фаренбрук А. Солнечные элементы. Теория и эксперимент / А. Фаренбрук, Р. Бьюб. – Москва: Энергоатомиздат, 1987. – С. 280.
12. Mahawela P. II –VI compounds as the top absorbers in tandem solar cell structures / P. Mahawela, G. Sivaraman, S. Jeedigunta [et al.] // Materials Sci. Engin. B. –2005. – V.116. – С. 282-291.
13. Георгобиани А.Н. Широкозонные полупроводники А2В6 и перспективы их применения / А.Н. Георгобиани // УФН. – 1974. – Т. 113, №1. – С. 129-155.
14. Шеин И.Р.,. Кийко В.С., Макурин Ю.Н., Горбунова М.А., Ивановский А.Л.. ФТТ, 49 (6), 1015 (2007) С. - 276-278.
15. Даунов М.И., Арсланов Р.К., Гаджиалиев М.М., Кортунова Е.В., Хохлачев П.П., Шванский П.П. ФТП, 40 (11), 1289 (2006).
16. Абдуев А.Х., Асваров А.Ш., Ахмедов А.К., Барышников В.Г., Теруков Е.И.. Письма ЖТФ, 28 (22), 59 (2002).

Моделирование эффективности термоэлектрической генерации в новых композиционных материалах на базе кремниевых нанопроводов и углеродных наноструктур

Михайлова Кристина, Санкт-Петербург, лицей №64, 10 «Б» класс

Руководитель: Коняхин Сергей, к.ф.-м.н., лаб. нанобиотехнологий СПб АУ РАН

На сегодня основные проблемы энергетики связаны с ограниченностью топливных ресурсов. Решение — применение термоэлектрического эффекта, с помощью которого даже небольшая разница температур меду нагретым телом и окружающей средой может стать истчником значительного количества электрической энергии. Этот эффект был открыт Зеебком в 1821 году, и состоит в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, у которых различных коэффициент термоэдс S, при разных температурах (холодной стороны – Tc и теплой – Th) возникает термоэлектродвижущая сила E = S_эфф·(T_h-T_c). На сегодня существуют следующие проблемы: низкий КПД термоэлектрического генератора (ТЭГ) и высокая стоимость материалов. Чтобы увеличить КПД ТЭГ, необходимо уменьшить теплопроводность материала и увеличить электропроводность и коэффициент термоэдс материала. Для решения данных проблем предлагается создать ТЭГ с использованием кремниевых нанопроводов/графеновой пленки, тем самым увеличив его КПД. Цель данной работы — разработка физических основ, численный расчёт параметров и апробация эффективных ТЭГ с использованием нанотехнологий.

Численное моделирование свойств наноструктур было выполнено путем решения уравнений для задач электро- и теплопроводности и нахожденния КПД термоэлемента с использованием пакета COMSOL. Для изготовления опытных образцов использовался UHV-CVD на базе Institut d'Electronique Fondamentale, Paris Sud. В будущем планируется создание структур на поверхности ТЭГ. Проведено численное моделирование термоэлектрических характеристик графена[1,2] и нанопроводов [3,4,5]. Было установлено, что нанопровода с шероховатой поверхностью диаметром в 100нм и слои графена 4-20нм, перспективно использовать для создания ТЭГ. Также экспериментально был апробирован метод создания нанопроводов и получены изображения поверхности методом сканирующей электронной микроскопии.

В ближайшее время планируется создание прототипа ТЭГ. Численное моделирование является первым шагом для создания эффективных и простых в изготовлении наноструктур, а создание тестовых образцов позволяет оценить соответствие разработанной модели реально измеряемым величинам.

1. S.V. Koniakhin, E.D. Eidelman, Phonon drag thermopower in graphene in equipartition regimeEPL (Europhysics Letters) 103, 37006 (2013).
2. S. V. Koniakhin and A. V. Nalitov. Drag of electrons in graphene by substrate surface polar phonons. Phys. Rev. B 94, 125403 (2016).
3. J.P. Heremans, Chap.39 in D.M. Rowe (editor), Thermoelectric Handbook: Macro to nano (2006)
4. Shadyar Farhangfar, Institute of Applied Physics, University of Hamburg, Thermoelectricity in Nanowires: A Generic Model (June 4, 2010)
5. L. Vincent, C. Renard, V. Yam, F.Fossard, D. Bouchier, R. Boukhicha, IEF, UMR 8622, Université Paris Sud

ТЕЗИСЫ ПРОЕКТА «ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ БАЛЛА ЗЕРНА СПЛАВА С ПОМОЩЬЮ СКАНИРУЮЩЕГО ЗОНДОВОГО МИКРОСКОПА (СЗМ)

Авторы: Подлесный Артем Сергеевич, Федотов Никита Антонович, 10 Б класс ГБОУ Лицей №1568

Руководитель: Титова Татьяна Петровна, учитель физики

Постановка проблемы: Сплавы алюминия находят широкое применение в промышленности, благодаря легкости, коррозионной стойкости, электропроводности прочностным характеристикам (пластичности). Большое влияние на прочность сплавов оказывает структура – размер зерен. В настоящий момент для определения размера зерен наиболее широко используются такие методы, как оптическая микроскопия и рентгенография. Для мелкозернистых материалов применение данных методов снижает точность определения размеров структурных элементов. Размер зерен алюминиевого сплава АД1 был определен с помощью сканирующего зондового микроскопа высокого разрешения для оценки возможности и удобства данного метода.

Цель: Определить балл зерна листового металлопроката из алюминиевого сплава АД1, с помощью сканирующего зондового микроскопа NanoEducator, оценить преимущества данного метода по сравнению с оптической микроскопией.

Задачи:

• Изучить материал по строению металлов, дать определение понятиям зерно металла, кристаллическая решетка металла.
• Изготовить микрошлиф для анализа микроструктуры сплава АД1.

• Определить средний размер зерна сплава АД1 методом секущих.

Реализация задачи:

В соответствии с ГОСТ 21073.0-75 были проявлены зерна сплава АД1, затем используя СЗМ NanoEducator были получены изображения рельефа поверхности, далее, зерна на изображении были распознаны и был посчитан средний размер этих зерен. Получившиеся результаты записаны в таблицу:

 Балл зерна был найден по табличным значения согласно ГОСТ 21073.1-75.

Результаты: С помощью СЗМ определен балл зерна листового металла, изготовленного из сплава АД1, описан  порядок действий, позволяющий оценить удобство применения данного метода

Заключение: Метод определения балла зерна с помощью СЗМ дает преимущества в точности перед оптическими методами при исследовании мелкозернистых сплавов, поэтому важно было провести измерение этим методом, чтобы понять его перспективы. Данное исследование дает убедиться в том, что этим методом можно провести реальное измерение балла зерна сплава металла.

            ПРИЛОЖЕНИЕ

Некоторые изображения зерен, полученные на СЗМ:

Список использованной литературы:

1. ГОСТ 21073.0-75 – ГОСТ 21073.4-75. Металлы цветные. Определение величины зерна. Общие требования. – Введ. 1975-08-15. – М.: Изд-во стандартов, 1975. – 16 с.
2. ГОСТ 4784-97. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки. – Введ. 2003-05-22. – М.: Изд-во стандартов, 2009. – 15 с.
3. Адаскин, А. М. Материаловедение (Металлообработка) : учебное пособие для начального профильного образования / А. М. Адаскин, В. М. Зуев. – 6-е изд., стереотип. – издательский центр «Академия», 2009. – 288 с.
4. Материаловедение : учебник для вузов / Ф. К. Малыгин [и др.]. – М.: Изд-во ТулГУ, 2015. – 268 с.
5. Анисович, А. Г. Определение балла зерна стали компьютерными методами / А. Г. Анисович, И. Н. Румянцева, Л. В. Бислюк // Литье и металлургия. – 2010. - №3. – С. 57.
6. Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии : учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений / В. Л. Миронов. – М.: Российская академия наук. Институт физики микроструктур, 2004. – 114 с.
7. Сканирующий зондовый микроскоп НАНОЭДЮКАТОР 2 руководство по эксплуатации, 2013.

В данной работе показан процесс разработки и исследования структуры дисперсно-упрочненных композиционных материалов системы Cu-Al-Ti-Sn-C-O, и ее физико-механических свойств, которые являются основой связки для алмазного инструмента. В ходе исследования выявлено, что представленные материалы имеют высокие значения температуры рекристаллизации и теплопроводности, что превышает по всем показателям широко применяемую в промышленности связку системы Cu-Sn.

Секция физики материалов и квантовых систем

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №5 с углубленным изучением отдельных предметов, г.Солнечногорск

141506, Московская область, г. Солнечногорск, ул. Дзержинского, д. 5

тел.: (4962)64-47-98; e-mail: sunschool.5@mail.ru

Система охлаждения на основе термоэлектрического контроллера для бортовых ЭВМ

Светлова Елена

Класс: 10

141503, Московская обл., г. Солнечногорск, ул. 2-ая Володарская, д.5, кв.21                   тел.: (916)468-11-97; E-mail: swetlo.swetlana@yandex.ru

Научный руководитель: Грудинина Виктория Витальевна, учитель физики МБОУ СОШ №5 с УИОП

Система охлаждения на основе термоэлектрического контроллера для бортовых ЭВМ

Цель работы: разработать систему охлаждения на основе термоэлектрического контроллера для бортовых ЭВМ.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: изучить основные способы охлаждения вычислительной техники; подобрать оптимальный способ охлаждения ЭВМ; изучить принцип работы модуля Пельтье и метод его выбора по техническим характеристикам для систем охлаждения; провести расчеты параметров системы охлаждения на основе термоэлектрического контроллера.

Актуальность исследования: одна из тенденций современной электроники - уменьшение габаритов устройств при одновременном росте требований к их производительности и надежности. Но размещение большого числа электронных модулей на малой площади приводит к интенсивному нагреву. Поэтому, чем миниатюрней электронное устройство, тем актуальнее для него проблема эффективного охлаждения. Следствием этого является необходимость в развитии надежных систем отвода тепла от электронных компонентов.

Методы и приемы: изучена научная литература по теме исследования, проанализированы существующие, способы охлаждения ЭВМ, разработана схема термоэлектрического контроллера и рассчитаны оптимальные параметры системы охлаждения на его основе.

Полученные данные: на основе анализа параметров системы охлаждения, термоэлектрического контроллера и проведенных расчетов можно выделить его основные преимущества: нагрев и охлаждение (биполярный ток); точный контроль температуры (с точностью до 0,01°C); диапазон температур объекта от -50 до 200°C; выходной ток вместо ШИМ - тока используется для пульсации свободного выхода в автономном режиме или интеграции в систему; малые габариты - термоэлектрические элементы от 1 мм х 1 мм до 60 мм х 60 мм х 4 мм; отсутствие механических движущихся частей и шума, кроме вентилятора (опционально).

Основные выводы: изучены основные способы охлаждения вычислительной техники;  подобран оптимальный способ охлаждения бортовых систем; изучен принцип работы модуля Пельтье и метод его выбора по техническим характеристикам для систем охлаждения; рассчитаны параметры системы охлаждения на основе термоэлектрического контроллера; гипотеза исследования подтвердилась: на основе модуля Пельтье возможно разработать систему надежного охлаждения для применения на бортовых ЭВМ.

Список литературы:

1. Анатычук Л. И., Термоэлементы и термоэлектрические устройства. Справочник. Киев: Наукова думка, 1979 год;
2. Булат Л.П. Термоэлектрическое охлаждение: состояние и перспективы, издательство СПб, 1999 год;
3. Вайнер А.Л. Каскадные термоэлектрические источники холода. Москва: Советское радио, 1976 год;
4. Зубаль И. Жидкостное охлаждение для компьютеров,2003 год;
5. Кузьмин А.В. Персональный компьютер: настройка и техническая поддержка, издательство Наука и техника, 2006 год;
6. http://radiostorage.net/?area=news/1356;
7. http://www.peltier.narod.ru/.

Название научно-исследовательской работы: Автономная химико-механическая обработка поверхности стальных изделий

Секция: химия

ФИО авторов работы: Суров Василий Андреевич

МБОУ Физико-математический лицей города Сергиев Посад, Моск. обл.

Научный руководитель: Классен Николай Владимирович, ИФТТ РАН

Актуальность исследования заключается в том, что в современном мире возникает необходимость в применении материалов с улучшенными механическими и химическими характеристиками.

Цель работы: разработка новых технологически простых и экономичных методик механического и антикоррозионного упрочнения поверхности  сталей  посредством ее микродеформации.

Основной гипотезой исследования является предположение о том, что модулированное легирование приповерхностных слоев упрочняющими атомами будет проходить быстрее в околонавальных областях, где наблюдается  повышенное содержание структурных дефектов.

В доказательство основной гипотезы были проведены несколько экспериментов, которые позволили сделать следующие выводы:

• При изменении режима нагружения или движения скользящего индентора характеристики рельефа меняются.
• При деформации модельного кристалла йодистого цезия в поляризованном свете наблюдаются линии движения дислокации, с помощью которых и будет происходить перенос инородных атомов в приповерхностный слой.

С помощью разработанной технологии, заключающейся в том, что при помощи скользящего индентора создается зона с повышенным содержанием структурных дефектов, что позволяет многократно ускорить процесс диффузии  инородных укрепляющих атомов с поверхности изделия в приповерхностный слой, можно получить в приповерхностном слое особую структуру с улучшенными механическими и химическими свойствами.

Разработанная технология способствует увеличению срока службы изделий из стали. Также данная технология способна придать стали, как материалу, новые химические и механические свойства.

В ходе исследования было доказано, что разработанная технология позволяет провести моделированное легирование приповерхностного слоя упрочняющими атомами (например, атомами углерода). Кроме этого предлагаемая методика является технологически простой и экономически выгодной.

Список использованной литературы

1.Классен Н.В., Кобелев Н.П., Колыванов Е.Л., Орлов В.И., Шмытько И.М.,   Клубович В.В., Кулак М.М.: «Особенности структуры и свойств поверхности металлов, подвергнутых деформационной полировке»;

2. Стародубов Я.Д., Метолиди Э.Н., Малик Г.Н. «ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ОБКАТКОЙ В ПОЛЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НИОБИЯ И ЖЕЛЕЗА» 

Рентгенографические исследования сажи

Попова Полина Сергеевна

МОУ «Университетский лицей»

Руководитель: Логинов Дмитрий Владимирович, к.ф.-м.н., старший преподаватель,

Петрозаводский государственный университет

Наноматериалы, это не только те объекты, которые состоят из наноразмерных частиц, но и объекты которые проявляют уникальные физико-химические свойства отличные от материала, не находящегося в ультрадисперсном состоянии. Благодаря такой особенности начались интенсивные исследования в области нанотехнологий. Значимость исследований подтверждается тем, что они включены в приоритетные направления развития науки, технологий и техники в Российской Федерации.

В данной работе исследовался образец полученный электродуговым распылением графита в вакууме. Данный метод получения, может приводить к появлении в образце каркасных углеродных наноструктур.

К новизне исследования, можно отнести довольно небольшое количество литературных источников по исследованию углеродной сажи на первом шаге получения синтезирования углеродных материалов. Как правило, результаты исследования сводятся к определению наличия в массе наноразмерных материалов, но не детальному исследованию сажи. В данной работе, приведены результаты исследования углеродной графитовой сажи, проведен анализ рентгенограммы образца, рассчитаны характеристики ближнего порядка.

Целью работы было провести рентгенографические исследования сажи, полученной электро-дуговым методом распыления графита. В рамках указанной цели решились следующие задачи: изучить методы получения углеродных наноматериалов; провести эксперимент; рассчитать характеристики ближнего порядка исследуемого образца. Сделать выводы.

В данной работе, образец был получен электро-дуговым распылением графитовых электродов, с последующим экстрагированием фуллеренов. Рентгенографирование аморфных образцов проводилось с шагом 0.2º в интервале углов рассеяния от 2 до 70º и с шагом 0.5º в интервале от 70 до 145º. Образцы рентгенографировались в МоKα-излучении, в геометрии на просвет. Время регистрации интенсивности при каждом фиксированном угле составляло 20 с. Проведен анализ рентгенограммы исследуемого образца.

Из экспериментально полученных кривых, были рассчитаны характеристики ближнего порядка и проведен их анализ с теоретическими значениями для гексагонального графита. Анализ результатов расчета показал, что структура исследуемого образца, отличается от структуры графита.

Основные результаты и выводы

В ходе выполнения научно-исследовательской работы, были изучены общие вопросы строения большинства углеродных материалов, а также наноразмерных материалов. Изучены теоретические вопросы ренгенографического эксперимента, а также выполнена пробподготовка исследуемого образца и проведено его рентгенографирование.

В ходе обработки и анализа полученных результатов, было установлено, что структура исследуемого образца, отличается от структуры графита. Наличие малоинтенсивного максимума в области 1.78Å^-1 свидетельствует о незначительном присутствии в образце исходных продуктов синтеза (графит).

В дальнейшем, для более детального анализа структуры, будет проведено компьютерное моделирование. Построены теоретические модели, описывающие расположение атомов в области ближнего упорядочения.

В свгей работе я решила изуть популярное на сегодняшний день вещество для детского творчества - кинетический песок. Я исследовала кинетический песок на физические и химические свойства, а также самостоятельно сделала кинетический песок в домашних условиях. Новизна работы состоит в том, что на сегодняшний день кинетический песок очень мало исследован. Актуальность работы заключается в том, что многие из моих знакомых ничего не нали про этот удивительный материал. 

Цель работы: Исследование влияния высокотемпературной обработки и выбора материала на параметры сенсоров магнитного поля на эффекте Холла, разработка высокостабильного прецизионного линейного сенсора магнитного поля.

В работе проводится исследование параметров сенсоров на основе тонких легированных слоев InAs и металлов Mo и Au для определения их применимости в высокостабильных линейных сенсорах Холла.

Задача состоит в исследовании влияния конструкции датчиков на основе слоев InAs и металлов Mo и Au на их параметры: чувствительность S, сопротивление R, температурный коэффициент чувствительности ТКЧ, температурный коэффициент сопротивления ТКС, нелинейность в диапазоне температур [5-1123] К.

В результате исследований обнаружено, что сенсоры магнитного поля на основе тонких пленок сильно легированного InAs или молибдена, в отличии от существующих, устойчиво работают в условиях значительных колебаний температуры, имеют высокую линейность в широком диапазоне магнитного поля. Известно, что такие материалы способны выдержать жесткое радиационное излучение нейтронов. Таким образом, сенсоры такого типа пригодны для использования в широком температурном диапазоне и в экстремальных условиях эксплуатации - термоядерных реакторах, ускорителях и в условиях космоса.

изучение скорости деградации наногетероструктур в зависимости от температуры

  Тезисы  к исследовательской работе  «Проблемы управления термоядерным синтезом. Электростатическое удержание плазмы. Устройство  Фузор Фарнсуорта-Хирша» 

Автор работы: Струк Маргарита, ученица 12 «А» класса, Теоретического лицея им М.В. Ломоносова, г. Бельцы,  Молдова

Научный руководитель: Учитель физики теоретического лицея Им. М.В. Ломоносова Дарий Лина Леонидовна.

 Актуальность исследования:

 Проблемы энергетики особо остро стоят именно сейчас перед мировыми учеными, когда неуклонно растет численность населения планеты. Следовательно, возрастает потребность в источниках энергии. Запасы углеводородов иссякают. Другой современный  источник энергии атомные электростанции, работающие за счет деления ядер урана,  частично  удовлетворяют потребности. Запасы используемого ими урана и тория так же весьма ограничены.  Всегда сохраняется опасность повторения аварий Чернобыльской и Фукусима АС.  И самой главной проблемой работы атомных электростанций является утилизация долгоживущих радиоактивных отходов.

    Процесс термоядерного синтеза сопровождается огромным энерговыделением на единицу массы реагирующего вещества.

 Положительные стороны: 1) не образуются долгоживущие радиоактивные изотопы; 2)топливом для реакции синтеза служат тяжелые изотопы водорода; 3)отсутствие продуктов сгорания; 4) минимальная вероятность аварий из-за увеличения мощности реакции в термоядерном реакторе.   Получив возможность управлять термоядерной реакцией, мы получим неисчерпаемый источник энергии, т.к. запасы водорода на Земле огромны. Для этого необходимо решить основную проблему- преодоление трудностей по удержанию неустойчивых плазменных сгустков. Более глубокое изучение уже известных и открытие новых физических и химических свойств плазмы позволит приблизиться к решению этой проблемы.

Объект исследования: Демонстрационная версия термоядерного реактора Фарнсуорта-Хирша.

Предмет исследования: изучение основных характеристик плазмы. Неустойчивость плазмы. Рассмотреть один из способов удержания плазмы

Цели и задачи:

    Изучить все  известные типы  реакций  ядерного синтеза. Ознакомиться с проблемами управления термоядерного синтеза, в частности удержание плазмы.

  Создать демонстрационную версию термоядерного реактора Фарнсуорта-Хирша (Fusor). На его примере показать один из способов удержания плазмы, используя кинетическую энергию. А именно, электростатическое.

 Наблюдать изменение состояния плазмы под воздействием различных факторов. 

Методы исследования:

• Теоретический (изучение и анализ литературы, других источников информации, постановка целей и задач)
• Практический (сборка действующей установки  Fusor)
• Эмпирический  (наблюдение, описание и выводы)

Итоги исследования:

Сборка и запуск демонстрационной версии Фузорта Франсуорта Хирша. Изучение зависимости плазмы от напряжения и давления. Эта работа является первым этапом последующих исследований в этом направлении. В перспективе создание устройства с подачей газа (дейтерия) при более высоким напряжении.

Список использованной литературы:

1. Matthew Smith, Confining plasma in a spherically-convergent electrostatic potential well: the Farnsworth-Hirsch fusor, 2005
2. Richard Hull, The Farnsworth/Hirsch Fusor / Bell Jar, Vol.6, No.3/4, Summer/Autumn 1997
3. http://www.fusor.net/
4. Ю.Н. ДНЕСТРОВСКИЙ «ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЯЕМОГО ТЕРМОЯДЕРНОГО СИНТЕЗА (УТС)»
5. Е.П. Велихов; С.В. Мирнов. Управляемый термоядерный синтез выходит на финишную прямую
6. К. Ллуэллин-Смит. На пути к термоядерной энергетике
7. А.Я. Стрельцов (патент) Управляемый ядерный синтез
8. Г. Фрауэнфельдер, Э. Хенли. Субатомная физика. 

«Разработка строительной конструкции для возведения искусственных теснин »

Автор: Барончукова Маргарита Андреевна– ученица 10Б класса НЧОУ«Лицей «ИСТЭК» г.Краснодар.

Руководитель: Мажник Анатолий Павлович –преподаватель физики в НЧОУ «Лицей «ИСТЭК» г. Краснодар.

Цель работы:

- Разработка, изготовление и исследование сборно-разборной строительной конструкции для образования искусственных теснин в руслах рек и прирусловой зоне.

Объект исследования:

- Область гидротехнического строительства, строительство искусственных теснин.

- Экологически чистые способы увеличения пропускной способности русел рек.

Предмет исследования:

- Конструкции, пригодные для строительства искусственных теснин, позволяющие меандрировать русла рек.

Методы исследования:
-Изучение учебной и научной литературы.
-Проведение патентного поиска.

-Экспериментальное исследование.

Краткое описание технологии:

Предложенный вариант технологии защиты русла реки от разлива имеет огромное преимущество перед классическим укреплением берегов, так как помимо легкости в сборке и разборке, для воплощения проекта в жизнь нужно значительно меньше ресурсов. 

Строительная конструкция состоит из цилиндрических, полых внутри элементов одинакового диаметра(обечаек), соединенных тросами или прочными веревками под определенным углом. В опорно-ограничительном контуре равномерно смонтированы тонкостенные элементы, между которыми размещены несущие вкладыши. Концы тонкостенных элементов зафиксированы в стыковочных элементах.

По периметру устанавливаются цилиндрические элементы, далее создается предварительное напряжение всей конструкции путем натяжения обвязки, в роли которой может служить как металлическая проволока, так и нити, веревки, ванты. Таким образом, происходит равномерное сжатие несущих элементов, называемое безмоментным, при необходимости обеспечивается локальная регулировка предварительного сжатия конструкции.

Новизна данной конструкции заключается в стягивании колец изнутри за счет транспонирования канатов, а вкладыши, укрепляющие конструкцию сверху заставляют работать кольцо на сжатие, в результате чего давление на обечайку распространяется равномерно. Данный способ можно назвать самым выгодным использованием материалов.

Актуальность:

- Обеспечение безопасности людей и защиты их имуществ в районах, подверженных наводнениям – важнейшая на сегодняшний день задача.

- Строительство легких, конструктивно прочных, сборно-разборных конструкций может быть применено в различных отраслях экономики

Выводы:

1. Предложена новая технология восстановления русел рек, позволяющая как улучшать экологическое состояние водного объекта, так и избегать наводнений.
   2. Разработана строительная конструкция для создания искусственных теснин.
   3. Впервые предложена конструкция из трубчатых элементов с транспонированным

стягиванием, например, тросами и способ ее сборки.
4. Готовятся заявки на получение патентов РФ на изобретения 
со следующими названиями: 
  1) Способ формирования русел рек;
  2) Способ сборки строительной конструкции и строительная конструкция на его основе.
5. Собрана и испытана действующая модель строительной конструкции из трубчатых элементов. Конструкция из 18 картонных элементов выдержала вес свыше 70 кг.

Краткий список литературы:

1. Константинов И. А., Лалин В. В., Лалина И. И. Строительная механика: учебник. – Москва : Проспект, 2014. -- К65 432с.
2. Виноградов Б.В. Основы ландшафтной экологии – M.:ГЕОС, 1998. -410с.
3. Г. В. Железняков. Пропускнаяспособностьрусел, каналов и рек / Г. В. Железняков. – Л.: Гидрометеоиздат, 1981. - 311 с.
4. Шаубергер В. Энергия воды. —М-:Яуза,Эксмо.2007.-320с.

Инфракрасная спектроскопия- раздел молекулярной оптической спектроскопии, изучающий спектры поглощения и отражения электромагнитного излучения в инфракрасной области. ИК спектроскопия основана на колебательных движениях атомов молекул,возникающих при переходе в возбуждённое состояние под действием излучения. Изучение ИК-спектров позволяет определить состав и строение вещества, а также количественные характеристики химических элементов в составе. 

Целью моей исследовательской работы является изучение метода ИК-спектроскопии,основополагающих физических явлений, лежащих в основе метода. А также в качесве практической части, определение структуры ряда веществ одной природы с последующим их сравнением при помощи указанного метода. 

Исходя из данной цели можно выделить следующие задачи:

1. Изучить метод ИК-спектроскопии и физические явления, лежащие в основе метода;
2. Ознакомиться с принципом работы Фурье-спектрометра;
3. Проанализировать и интерпретировать ИК-спектры Полиэтилентерефталата(ПЭТ), в том числе исходного и материала после обработки(производства изделий и хранения);
4. Сопоставить качественные характеристики ИК-спектра и предполагаемые молекулярные структуры различных ПЭТ.

В нашей работе мы осуществили синтез магнитной жидкости и использовали ее для очистки воды от тяжёлых металлов. Для характеризации полученных наночастиц и их коллоидных растворов в воде использовали следующие методы: рентгенофазовый анализ; инфракрасная спектроскопия; просвечивающая электронная микроскопия; метод динамического светорассеяния и измерение дзета-потенциала; магнетометрия на весах Фарадея. Размер полученных наночастиц, стабилизированных гуминовой кислотой, составил 15-20 нм. Для всех синтезированных образцов наночастиц были характерны суперпарамагнитные свойства. Для изучения сорбционных свойств стабилизированных суперпарамагнитных наночастиц смешали растворы нитратов Co, Ni, Cu, Hg, Pb с различным объемом магнитной жидкости и провели магнитную сепарацию. Анализ полученных образцов провели методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. В результате исследований пришли к следующим выводам: простым соосаждением железа (II) и (III) из водного раствора аммиаком при нагревании можно получить суперпарамагнитные частицы Fe3O4; добавление в процессе синтеза такого стабилизатора поверхности как гуминовая кислота позволяет ограничить рост зародышей и получить наночастицы магнетита; наночастицы Fe3O4, покрытые гуминовой кислотой, образуют стабильные водные коллоидные растворы, устойчивые в течение долгого времени; сорбция катионов тяжёлых металлов из водных растворов на поверхности наночастиц Fe3O4/HA зависит от концентрации последних и проходит с большей эффективностью для свинца (II) и никеля (II). Минимальная степень извлечения при высоком содержании суперпарамагнитных наночастиц в растворе составила 71%.