Учреждение российской академии наук институт прикладной физики (ипф ран)
Скачать 452.02 Kb.
|
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУКУЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУКИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ(ИПФ РАН) УДК № 537.868 № Гос.регистрации 0120.0 851875 УТВЕРЖДАЮ Инв.№ Директор ИПФ РАН академик РАН А.Г.Литвак «____»____________2008 г. О Т Ч Е Т О НАУЧНО_ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЦЕНТРОМ КОЛЛЕКТИВНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ НАУЧНЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ КОМПЛЕКСНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МИКРОВОЛНОВОГО И ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЙ В НАНОТЕХНОЛОГИЯХ (Шифр 2008-7-5.2-00-19, Государственный контракт № 02.552.11.7034 от 18 июня 2008 г.) ВЫБОР И ЗАКУПКА НЕОБХОДИМОГО НАУЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И РЕАЛИЗАЦИИ МЕРОПРИЯТИЙ ФЦП И ДР. НАУЧНЫХ ПРОЕКТОВ (промежуточный, 1 этап) Руководитель темы проф. С.В.Голубев г.Н.Новгород 2008 г. С П И С О К И С П О Л Н И Т Е Л Е Й Руководитель темы Зам.директора ИПФ РАН, д.ф.-м.н., проф.____________________________________________________ С.В.Голубев Ответственные исполнители Руководитель отделения ФП и ЭБМ, д.ф.-м.н.,проф._____________________________________________________Е.В.Суворов Зам.руководителя отделения НД и О, чл.-корр.РАН ._________________________________Е.А.Хазанов Снс.,к.ф.-м.н.______________________________________________________А.А.Фрайман Исполнители темы Зав.лаб. д.ф.-м.н._____________________________________________________ А.Л.Вихарев С.н.с. к.ф.-м.н.__________________________________________________А.В.Водопьянов С.н.с. к.ф.-м.н.___________________________________________________А.М.Горбачев В.н.с. к.ф.-м.н_________________________________________________ Р.А.Ахмеджанов Зав.отд. д.ф.-м.н._________________________________________________Г.Г.Денисов Зав.лаб._________________________________________________ Ю.В.Быков С.Н.С. к.ф.-м.н._________________________________________________А.Г.Еремеев Зав.лаб. к.ф.-м.н._________________________________________________А.Н.Степанов Зав.отд. д.ф.-м.н.________________________________________________В.М.Геликонов Зав.лаб. к.ф.-м.н._________________________________________________И.В.Турчин Нормоконтролер____________________________С.И.Ковтунович РЕФЕРАТ Отчет 44 с., 11 рис., 2 табл., 34 источников. ЦЕНТР КОЛЛЕКТИВНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ, СОВРЕМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД, ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА, ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ Центр коллективного пользования “Центр микроволновых и лазерных нанотехнологий” Института прикладной физики РАН (ЦКП МЛНТ ИПФ РАН) является частью объединенного центра коллективного пользования «Волновые и квантовые технологии», который был организован в Нижнем Новгороде в 2003 году на базе ресурсов академических институтов Нижнего Новгорода (институт прикладной физики РАН) институт физики микроструктур РАН), институт химии высокочистых веществ РАН), институт металлоорганической химии РАН) и Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского в целях наиболее эффективного использования научной, кадровой, опытно-экспериментальной и приборной базы академической и вузовской науки Нижнего Новгорода. Тематика работ поддерживаемых центром сформировалась в процессе многолетних исследований широкого круга волновых и квантовых проблем, таких как возбуждение колебаний и волн в неравновесных средах и системах, в том числе в микро- и наноструктурированных системах, излучение и распространение волн, взаимодействие волн со средой, регистрация и обработка волновых сигналов, обратные волновые задачи дистанционной диагностики и т.п.. Основной задачей ЦКП ИПФ РАН - «Центра микроволновых и лазерных нанотехнологий» является использование современных источников электромагнитного излучения от микроволнового до рентгеновского диапазона частот для разработки новых нанотехнологий, включая создание новых наноматериалов, разработку приборной и элементной базы для приложений в наноэлектронике и наноинженерии, развитие нанотехнологий живых систем. Эти работы ведутся на научной и инженерной базе ИПФ РАН как одного из крупнейших мультидисциплинарных исследовательских институтов страны. Целесообразность развития таких работ обусловлена, с одной стороны, важной ролью современных источников электромагнитного излучения для развития широкого круга нанотехнологий, и, с другой стороны, лидирующим положением в стране и мире нижегородской радиофизической школы, на основе идей и достижений которой создаются уникальные источники микроволнового и лазерного излучения и разрабатываются их многочисленные приложения, в том числе в сфере нанотехнологий Развитие центра предусматривает обеспечение работ по следующим направлениям: микроволновые технологий создания и обработки наноструктурных керамических и композиционных материалов, технологий высокоскоростного выращивания методом CVD осаждения алмазных пленок и пластин с использованием современных гиротронов, лазерного наноструктурирования при создании новых наноматериалов, разработка методов использования наноразмерных контрастирующих агентов для оптического биоимиджинга живых сиcтем. В рамках работ по программе в центре коллективного пользования “Центр микроволновых и лазерных нанотехнологий” удалось поднять эффективность научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ за счет совместного использования научного оборудования и экспериментальных установок (в том числе уникальных), при выполнении исследований в кооперации с заинтересованными организациями; провести исследования по приоритетным направлениям ФЦНТП в рамках 15 совместных научно-исследовательских проектов, модернизировать материально-техническую базу ЦКП путем дооснащения имеющихся специализированных измерительных комплексов и экспериментальных стендов, приобретаемым научным оборудованием; использовать современное оборудование центра для подготовки высококвалифицированных молодых ученых, аспирантов и студентов. С О Д Е Р Ж А Н И Е Введение 6 1 Разработка технологии создания наноструктурных керамических материалов на основе окиси алюминия методом спекания при микроволновом нагреве 6 2 Разработка физических основ получения изделий из мелкодисперсной керамики методом точного формообразования при микроволновом нагреве. 10 3 Разработка методов синтеза высокочистых слабоагрегированных наноразмерных оксидных порошков и спекания лазерной керамики с использованием микроволнового нагрева. 15 4 Разработка метода спектральной оптической когерентной томографии (ОКТ) 16 5 Методы генерации сверхкоротких импульсов электромагнитного излучения терагерцового и дальнего ИК диапазонов в лазерной плазме в газах высокого давления 28 6. Перечень услуг, предоставляемых центром коллективного пользования «Центр микроволновых и лазерных нанотехнологий» 37 7. Перечень организаций - пользователей оборудования ЦКП за отчетный период 40 Список использованных источников 42 Приложение А 44 Введение Основной задачей ЦКП ИПФ РАН - «Центра микроволновых и лазерных нанотехнологий» является использование современных источников электромагнитного излучения от микроволнового до рентгеновского диапазона частот для разработки новых нанотехнологий, включая создание новых наноматериалов, разработку приборной и элементной базы для приложений в наноэлектронике и наноинженерии, развитие нанотехнологий живых систем. В рамках работ по программе в центре коллективного пользования удалось поднять эффективность научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ за счет совместного использования научного оборудования и экспериментальных установок, при выполнении исследований в кооперации с заинтересованными организациями. Согласно техническому заданию и календарному плану работ по первому этапу были выполнены работы по следующим направлениям. 1 Разработка технологии создания наноструктурных керамических материалов на основе окиси алюминия методом спекания при микроволновом нагреве Интерес к созданию наноструктурных конструкционных керамик и композитов обусловлен сложившимися к сегодняшнему дню представлениями о существенном улучшении физико-механических свойств материалов при уменьшении кристаллитов до нанометровых размеров. Теоретически обоснованы физические явления, определяющие причины изменения таких механических свойств конструкционных материалов, как твёрдость, прочность, трещиностойкость, пластичность при переходе к нанометровым размерам структуры. В последние годы выполнен ряд работ, в которых продемонстрирована возможность получения керамических материалов, в том числе на основе оксидов металлов, с близкой к теоретической плотностью и нанометровым размером зерна (менее 100 нм). Однако использование исследовавшихся методов для массового производства изделий из наноструктурной керамики затруднено большими трудозатратами, малой производительностью их высокой стоимостью. Одной из основных проблем процесса изготовления керамических изделий, формованных из наноструктурных порошков, является достижение высокой конечной плотности материала при сохранении ультрадисперсной микроструктуры. Перспективным представляется использование спекания при нагреве керамических и композиционных материалов микроволновым излучением. За счёт поглощения микроволнового излучения во всем объеме нагреваемого материала достигается высокая однородность температурного поля и, как следствие, однородное спекание, что обеспечивает получение однородной микроструктуры. Обусловленное однородным объемным нагревом отсутствие термических напряжений позволяет проводить процесс с высокими скоростями и ограничить разрастание зерна материала при его уплотнении. Применение микроволнового излучения с частотами 24 ГГц и выше позволяет эффективно нагревать материалы, слабопоглощающие излучение более низких частот (0,915 и 2,45 ГГц), без использования дополнительных методов нагрева. В рамках выполнения проекта проведены исследования процесса получения керамик на основе оксидных наноразмерных порошков с использованием спекания в условиях нагрева микроволновым излучением частотой 24 ГГц. В экспериментах использовались изготовленные в Институте электрофизики УрО РАН наноразмерные порошки Al2O3, ZrO2, (AlMg)2O3 и Y2O3 полученные электровзрывом проволок алюминия, циркония и алюмо-магниевого сплава, соответственно. Основные характеристики порошков приведены в таблице 1. Фазовый состав порошков определялся по результатам рентгенофазового анализа дифрактограмм. Таблица 1. Удельная поверхность, размер частиц и фазовый состав порошков.
Для приготовления композиционных составов оксидов из соответствующих мольных количеств порошков Al2O3, ZrO2 и Y2O3приготавливались суспензии в изопропиловом спирте, из которых после перемешивания в ультразвуковом диспергаторе и выпаривания были получены однородные смеси порошков составов Al2O3+8вес.% ZrO2, Al2O3+8вес.% (97мол.% ZrO2+3мол.% Y2O3) и ZrO2+3мол.% Y2O3. Порошки и смеси порошков компактировались в Институте электрофизики УрО РАН методом одноосного магнитно-импульсного прессования в диски диаметром 15 и 30 мм, и толщиной 2 и 5 мм, соответственно. Плотности спрессованных образцов определялись по результатам их взвешивания и геометрическим размерам. При оптимальных давлениях прессования в интервале 1,4÷1,6 ГПа плотности образцов составляли 68÷73% от теоретического значения. Отметим, что образцы прессовались без использования связующих сред, наличие которых может приводить к загрязнению поверхности частиц порошка и особенно отрицательно сказывается на спекаемости образцов, компактированных из наноразмерных порошков. Спекание компактированных образцов проводилось на специализированном гиротронном комплексе для высокотемпературной обработки материалов. Спекание образцов проводилось в воздухе, в режиме автоматического поддержания заранее заданного режима нагрева. На начальной стадии нагрева образцы выдерживались при температуре 400ºС в течение 15 минут для удаления адсорбированной на частицах порошка воды. Скорость нагрева до температуры спекания составляла 30ºС/мин, скорость контролируемого изменением мощности охлаждения равнялась 15ºС/мин. Плотности спечённых образцов определялись методом Архимеда, взвешиванием в дистиллированной воде при температуре 20ºС. Микроструктура протравленных шлифов спечённых образцов исследовалась на электронном микроскопе JEOL JSM-6490LV, а микроструктура изломов на атомно-силовом микроскопе «Смена» в режимах рельефа поверхности и фазового контраста. Измерение микротвёрдости и трещиностойкости проводилось по стандартным методикам анализа отпечатков индентора, полученных на измерителе механических свойств Nanotest 600 (Micromaterials Ltd). Результаты экспериментов показали, что конечная плотность порядка и более 0,97 от теоретического значения (ρтеор) в материалах на основе наноразмерного порошка A2O3 достигается при температуре спекания 1450ºC, а в материале состава ZrO2+(3%Y2O3) при температуре 1350ºC. Время выдержки при температуре спекания составляло от 2-х минут для A2O3-образцов, до 15-ти минут для образцов состава Al2O3+8% (97%ZrO2+3%Y2O3). Увеличение времени выдержки до 30-ти и более минут практически не приводило к увеличению конечной плотности материалов. В таблице 2 приведены режимы высокотемпературной стадии спекания и усредненные по серии спечённых образцов результаты измерения плотности (ρ/ρтеор), микротвердости (Нµ) и трещиностойкости (К1С). Таблица 2. Режимы высокотемпературной стадии спекания керамик, относительная плотность (ρ/ρтеор), микротвердость (Нµ) и трещиностойкость (К1С) спечённых материалов.
Исследования микроструктуры керамик показало, что характерный размер зерна в спечённых материалах составляет 200÷300 нм. При этом, из анализа изображений, полученных на атомно-силовом микроскопе, в зёрнах крупного размера отчётливо проявляется мелкозёренная внутреняя структура. По-видимому, наличие структуры с характерными размерами несколько более сотни нанометров является причиной сравнительно высокой трещиностойкости, превышающей на 15÷20 процентов значения, типичные для керамических материалов соответствующих составов, получаемых из субмикронных порошков традиционными методами. Методом износа испытуемых образцов в процессе сухого точения (резания) контртела была определена износостойкость образцов (AlMg)2O3-керамики. Для этого, механической шлифовкой и полировкой с использованием алмазных полировочных паст керамическим образцам придавалась форма треугольной режущей пластины. В качества контртел использовались цилиндрические заготовки из стали марки Ст45, закалённой до твёрдости 45 НRC, и из стали марки У8, закалённой до твёрдости 62 HRC. Резание заготовок проводилось на токарно-расточном станке 16А20Ф3С32 с ЧПУ FMS3000. Скорость износа в режиме сухого резания изготовленными керамическими пластинами составила 2·10-7 мм3/(мН) при обработке заготовки из закалённой стали Ст45 и 2,85·10-7 мм3/(мН) при обработке заготовки из закалённой стали У8. Образцы полученной керамики по скорости износа удовлетворяют требованиям, предъявляемым к керамическим изделиям, предназначенным для трибологических применений (скорость износа в «мягком» режиме менее 10-6 мм3/(мН). |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Учреждение российской академии наук институт прикладной физики (ипф ран) Обеспечение центром коллективного пользования научным оборудованием комплексных исследований в области использования микроволнового... | | Учреждение российской академии наук институт прикладной физики (ипф ран) Обеспечение центром коллективного пользования научным оборудованием комплексных исследований в области использования микроволнового... |
| Российская академия наук Учреждение Российской академии наук Институт... В соответствии с приказом Минздравсоцразвития России от 7 июля 2007 года №402 19-21 октября в г. Москве состоялся III всероссийский... | | Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и... Исполнитель: Учреждение Российской академии наук Институт физики микроструктур ран |
 | Российской академии наук институт философии ран гребенщикова елена... Диссертация выполнена в секторе междисциплинарных проблем научно-технического развития Учреждения Российской Академии Наук Института... | | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем... Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт космических исследований российской академии наук |
| Российской академии наук институт европы ран промышленная политика европейских стран Н. В. Говоровой.]. – М. Ин-т Европы ран : Рус сувенир, 2010. – 214 с. – (Доклады Института Европы = Reports of the Institute of Europe... | | Российской Академии Наук Институт проблем нефти и газа со ран министерство... Председатель – Александр Федотович Сафронов, чл корр. Ран, председатель Президиума Якутского научного центра со ран, директор ИПНГ... |
| Учреждение Российской Академии Наук Институт проблем передачи информации... Алексей Леонтьевич Бызов родился 2 января 1926 года в Москве. В 1950 году окончил биофак мгу, кафедру физиологии животных | | Учреждение Российской Академии наук Институт народнохозяйственного... Разработка единой системы анализа и прогнозирования баланса денежных доходов и расходов населения, уровня и структуры бедности с... |
| Базы данных «Показатели » Правообладатель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии Карельского научного центра Российской... | | Оценка пластичности протеома плазмы крови здорового человека в экстремальных... Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Государственном научном центре Российской Федерации Институте медико-биологических... |
| Положение о Центре коллективного пользования научным оборудованием... Цкп, образован в соответствии с Приказом директора ибхф ран №13а от 23 апреля 2001 г на базе лабораторий и других подразделений Федерального... | | Учреждение Российской Академии Наук Институт Европы ран стенограмма Защита диссертации на соискание учёной степени кандидата политических наук Морозовым Артемием Михайловичем на тему: «Факторы формирования... |
| Адаптивная системА управления процессАмИ роста кристаллов для методов Степанова и Чохральского Работа выполнена в лаборатории управляемого роста кристаллов Учреждения Российской академии наук Института физики твердого тела ран... | | Адсорбция асфальтенов на твердых поверхностях и их агрегация в нефтяных дисперсных системах Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте биохимической физики им. Н. М. Эмануэля ран |
