Рефераты. Февраль 2026 №2
Подготовил Леонид Ашкинази
Применение графена может улучшить параметры многих устройств, но, во-первых, нет дешёвых способов его производства в промышленных масштабах, а во-вторых, как ни странно, графен не очень хорошо изучен.
Микроскопом по атомам
В просвечивающей электронной микроскопии для получения информации о структуре и фазовом составе материалов используют поток высокоэнергичных электронов. Однако эти электроны, обладая энергиями в диапазоне 100—300 кэВ, создают в образце дефекты различного типа, что может приводить к изменениям и состава, и структуры материала.
Физики из Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» и Национального исследовательского ядерного университета МИФИ изучили, как облучение электронами с энергией 200 кэВ в колонне просвечивающего электронного микроскопа влияет на поликристаллические образцы оксида висмута BiO2, оксида меди CuO и дисульфида тантала TaS2. Установлено, что воздействие электронов пучка вызывает смещения лёгких атомов, для которых переданная энергия превышает пороговую энергию смещения, из узлов кристаллической решётки в направлении первоначального движения электронов. Следствие — изменение состава образцов и образование фаз с пониженным содержанием лёгких атомов. А для плёнок — удаление этих атомов из образца.
В частности, обнаружено, что при определённой величине потока электронов в оксидах происходит уменьшение числа атомов кислорода. В результате исходный оксид висмута BiO2 испытывает фазовое превращение в Bi2O3. При облучении образцов CuO небольшим потоком электронов образуется оксид меди Cu2O, а при его увеличении — просто металлическая медь. Аналогично с TaS2 происходит фазовое превращение в TaS. Авторы исследования разработали модель протекания процесса удаления лёгких атомов из образца под действием электронного облучения. Путём сравнения экспериментальных значений с расчётными определены величины пороговой энергии смещения атомов кислорода 31,3 эВ в BiO2, 21,5 эВ в CuO, а также для атомов серы 15,2 эВ в TaS2.
Приходько К. Е., Дементьева М. М. Изменение атомного состава материалов под действием высокоэнергетического электронного облучения в колонне электронного микроскопа. ЖТФ, 2025, вып. 10, с. 1934.
Следуя за Фарадеем
Более ста восьмидесяти лет назад, 8 ноября 1845 года, Майкл Фарадей, изучая магнитные свойства высушенной крови, сделал в журнале запись: «Необходимо исследовать свежую жидкую кровь». Если бы он тогда определил магнитную восприимчивость артериальной и венозной крови, то заметил бы существенные различия между этими величинами. Однако это было выявлено лишь 90 лет спустя, в 1936 году, Л. Полингом и Ч. Кориелом. Они обнаружили диамагнитную восприимчивость у оксигемоглобина (то есть обогащённой кислородом крови) и парамагнитную восприимчивость у дезоксигемоглобина (то есть крови, бедной кислородом). Сегодня, много десятилетий спустя, детальные знания магнитных свойств человеческой крови представляют не только академический интерес. В некоторых случаях они нужны для исследований методами магнитно-резонансной томографии (МРТ), например для оценки уровня насыщения крови кислородом.
Между тем в научной литературе приводятся два сильно отличающихся значения разницы между величинами магнитной восприимчивости полностью оксигенированной и дезоксигенированной крови — 0,18•10–6 и 0,27•10–6. Провести прецизионное измерение этой величины для свежей венозной крови решили исследователи из Черноголовки (ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН и средней общеобразовательной школы им. Ф. И. Дубовицкого и И. М. Халатникова). Они измеряли магнитный момент образцов методом высокочувст-вительной вибрационной магнитометрии в диапазоне температур 100—300 К при напряжённости постоянного магнитного поля до 5 кЭ. Полученный результат 0,28•10–6 близок к величине, измеренной другими исследователями с помощью СКВИД-магнетометра (отличие — 3%), и существенно выше значения, полученного другими авторами при измерении магнитной восприимчивости методом Фарадея (отличие — 30%).
Дмитриев А. И., Дмитриева М. А. Магнитная восприимчивость свежей цельной крови человека. Письма в ЖТФ, 2025, вып. 21, с. 26.
Почти графен, даже лучше
Применение графена может улучшить параметры многих устройств, но, во-первых, нет дешёвых способов его производства в промышленных масштабах, а во-вторых, как ни странно, графен не очень хорошо изучен. Дело в том, что свойства графена существенно зависят от методов его получения и их модификаций. Один из перспективных способов создания графеноподобного материала — облучение полимерной плёнки лазером. При достаточной мощности поверхность плёнки превращается в пористое нечто (см. фото), содержащее нанокристаллы графита. Это не похоже на всем известные идеальные картинки графена, но обладает аналогичными свойствами и интересными для некоторых применений параметрами.
В Удмуртском федеральном исследовательском центре Уральского отделения РАН (г. Ижевск) синтезировали плёночные образцы такого лазерно-индуцированного графена на поверхности полиимидной плёнки построчным сканированием сфокусированного пучка непрерывного СО2 -лазера (пучок диаметром 120 мкм). Исследователи варьировали мощность и скорость сканирования и изучали структуру и состав полученного материала. Оказалось, что при уменьшении скорости сканирования с 40 до 1 см/с концентрация азота в полученном образце увеличивается в 11 раз. При оптимальной мощности лазера 0,55 Вт и скорости сканирования 1 см/с концентрация азота достигает максимума — 5,7% атомов. Увеличение концентрации азота сопровождается существенным уменьшением поверхностного сопротивления. Результаты коррелируют с обнаруженным ранее многократным возрастанием электроёмкости полученного этим способом материала; очевидное его применение — электроды суперконденсаторов и аккумуляторов.
Зонов Р. Г. и др. Влияние скорости сканирования пучка непрерывного CO2 -лазера на состав лазерно-индуцированного графена. ФТТ, 2025, вып. 8, с. 1578.
Читайте в любое время
