Научный архив: статьи

В данной работе построена часть диаграммы состояния системы PbSe-TbSe со стороны PbSe. В системе получены твердые растворы на основании моноселенида свинца в области 0–8 мол. %. Исследованы некоторые электрофизические свойства (термо-ЭДС, электропроводность и теплопроводность) полученных сплавов в интервале температур 300– 700 K, и были определены термоэлектрическая добротность (Z, ZT), эффективность  и фактор мощности P. Было обнаружено возникновение высокой термоэлектрической эффективности в образцах состава Tb0,05Pb0,95Se в средне температурных областях.

Рассматривается метод нахождения электростатических (квазистатических) полей внутри и снаружи осесимметричных диэлектрических тел сложной формы. Высокая точность метода подтверждается сравнением результатов расчета с известными задачами, допускающими строгое решение, таких как диэлектрическая сфера и эллипсоид в однородном электрическом поле. Исследуются аналогичные распределения электрического поля для задачи о двух диэлектрических шарах, соединенных перемычкой из того же материала. Обсуждается применимость метода, для случая, когда рядом с телом будет находиться плоскослоистая структура.

В статье рассматриваются способы переработки глинистого сырья в строительный композит. В основу изготовления прочного строительного композита из глинистых грунтов заложены обжиговая и безобжиговая технологии. Для отдаленных районов Севера практический интерес представляют безобжиговые технологии получения строительного композита вследствие доступности глинистого сырья и малой энергоемкости производства. Древний строительный композит из самана широко применяется в южных странах. В условиях холодного климата России саман применяется в единичных случаях, в основном сторонниками экологического домостроения. Нами обоснована эффективность производства и применения глиносырцовых композитов в сельском строительстве. Полученные способом пластического формования стеновые изделия относятся к конструкционно-теплоизоляционным материалам: средняя плотность 800-1400 кг/м3, предел прочности на сжатие 1,0-3,5 МПа, коэффициент теплопроводности 0,18-0,44 Вт/(м×К). К основным недостаткам глиносырцовых композитов относятся низкая водостойкость и размокаемость, что сильно ограничивает область их применения. Улучшенными свойствами обладают грунтоцементные композиты, полученные способом полусухого прессования: средняя плотность 1600-2030 кг/м3, предел прочности на сжатие 14,10-14,10 МПа, коэффициент теплопроводности 0,47-0,70 Вт/(м×К), водопоглощение 11,0-28,0 % и морозостойкость 10-55 циклов.

Большое количество заторфованных грунтов на территории Российской Федерации, особенно в Арктической зоне, обуславливает необходимость изучения их температурного режима и теплофизических свойств. В этой работе приводятся экспериментальные данные по определению пористости, теплопроводности и количества незамерзшей воды песчаных грунтов с различной степенью содержания торфа. Экспериментальные исследования проводились на образцах с нарушенной структурой, которые были представлены слаборазложившимся торфом, среднезернистым речным песком и их различными смесями. Установлено, что степень заторфованности влияет на такие физические величины, как пористость, теплопроводность и количество незамерзшей воды. Для талых заторфованных песчаных грунтов при увеличении степени заторфованности значение пористости увеличивается. Как для талых, так и для мерзлых заторфованных песчаных грунтов теплопроводность с увеличением степени заторфованности уменьшается. При этом теплопроводность для мерзлых грунтов выше, чем для талых. Количество незамерзшей воды также зависит от степени заторфованности грунта и при ее увеличении уменьшается. Измеренные теплофизические свойства заторфованного песчаного грунта могут быть использованы при моделировании температурного режима в зоне распространения мерзлых и талых торфяных грунтов.

Предметом исследований является функциональная зависимость коэффициента теплопроводности снега от его плотности. Объектом исследований являлась линеаризация функции, выраженной полиномом произвольной степени, характерной для количественной зависимости коэффициента теплопроводности от плотности снега. Особое внимание уделено анализу ошибок, возникающих при замене полиномиальной функции линейной. Выполнен анализ существующих функциональных зависимостей коэффициента теплопроводности от плотности снега, которая является интегральным показателем сложных тепло- и массообменных процессов, происходящих при метаморфизме снежного покрова. В результате анализа основных расчетных формул для прогноза коэффициента теплопроводности от плотности снега все зависимости условно разделены на две группы: линейные и нелинейные (выраженные полиномами второй, третьей и четвертой степени). Для поиска точки, соответствующей максимальному значению ошибки линеаризации второй группы методов, построена и исследована соответствующая целевая функция в наиболее общем виде. При построении функции, определяющей возникающую при линеаризации абсолютную ошибку, в качестве исходных формул принят обобщающий полином производной степени, которым описываются известные экспериментальные и теоретические зависимости коэффициента теплопроводности снега от плотности. Полученная функция исследована на максимум классическим способом дифференцирования исходной зависимости по аргументу. Научная новизна заключается в том, что впервые получена зависимость между ошибкой, возникающей между линейным и нелинейным способом представления экспериментальных аппроксимирующих зависимостей коэффициента теплопроводности снега и плотности снега. Показано, что при линеаризации квадратичной зависимости (формулы Абельса, Кондратьевой, Брэхта, Штурма и др.) максимальная абсолютная ошибка находится в середине интервала усреднения. При этом значение её равно значению исходной функции в этой точке. С увеличением показателя степени максимальная ошибка смещается к верхней границе участка линеаризации, и изменяется, например для кубического полинома (формула Ван Дуссена) до значения, равного 0,58 величены диапазона линеаризации. А, для полинома четвертой степени (формула Янсона ) до 0,63 величены диапазона. При снижении показателя степени меньше двух,(формула Йена, Швандера), наоборот, максимальная ошибка линеаризации смещается от середины интервала к нижней границе.

Цели. Гетероструктурные полевые транзисторы на нитриде галлия (GaN HFET, heterostructural field-effect transistor) являются наиболее перспективными полупроводниковыми устройствами для силовой и сверхвысокочастотной электроники. За последние 10–15 лет GaN HFET прочно заняли место в аппаратуре радиоэлектронных средств передачи, приема и обработки информации, а также в изделиях силовой электроники за счет существенных преимуществ в энергетических и тепловых параметрах. При этом вопросы обеспечения их долговременной надежности стоят не менее остро, чем для приборов на других полупроводниковых материалах. Целью исследования является обзор тепловых и механических механизмов деградаций в GaN HFET, обусловленных физико-химическими особенностями применяемых материалов, ростовыми и пост-ростовыми процессами, и способов купирования этих механизмов при разработке, производстве и эксплуатации.

Методы. Основным методом исследования является аналитический обзор результатов публикаций широкого круга специалистов в области физики полупроводников, технологии производства гетероэпитаксиальных структур и активных приборов на их основе, моделирования и проектирования модулей и аппаратуры, надежности и эксплуатации.

Результаты. Описаны причины снижения показателей качества GaN HFET, вызываемые тепловыми перегревами, механическими деградациями, проблемами с горячими электронами и фононами в нитриде галлия, а также представлен обзор исследований, посвященных этим явлениям и методам снижения их воздействия на технические параметры транзисторов и показатели качества.

Выводы. По итогам исследования отмечено, что сильные электрические поля и высокая удельная тепловая нагруженность мощных GaN HFET вызывают физические, поляризационные, пьезоэлектрические и тепловые явления, способные приводить к перераспределению механических напряжений в активной области, деградации электрических характеристик и снижению надежности транзистора в целом. Установлено, что наличие полевой платы и пассивирующего слоя из нитрида кремния SiN приводят к снижению значений механических напряжений в области затвора в 1.3–1.5 раз, эффекты тепловой деградации в усилителях класса АВ выражены сильнее, чем эффекты воздействия сильных полей в усилителях класса E, при температуре активной зоны GaN HFET более 320–350 °C резко снижается время средней наработки до отказа.

В работе представлены исследования функционального материала для электронагрева с эффектом саморегулирования температуры на основе эластомера с нано- и микроразмерными проводящими добавками. Функциональное назначение наномодифицированного эластомера - применение в различных технологических приложениях: микроэлектроника, энергетика и автотранспортная техника. Исследования наномодифицированных эластомеров и синтезированных многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ) проведены с помощью сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, энергодисперсионной спектроскопии, КР-спектроскопии, а также современных методов бесконтактного исследования температурного поля и анализа теплопроводности, температуропроводности и электрофизических параметров. Для модифицирования эластомеров использованы МУНТ, синтезированные с помощью каталитической системы Fe-0,7Co/2,1Al2O3. МУНТ представляют массив, который состоит из двух типов наноматериалов: крупных ориентированных УНТ и обвивающих их более мелких УНТ. Крупные нанотрубки характеризуются толщинами с небольшими колебаниями значений в пределах 35-50 нм, равномерной структурой и толщиной стенок, удельной поверхностью 290 ± 10 м2/г. Помимо прочего, внутри самих нанотрубок зарегистрированы одиночные вкрапления частиц катализатора протяженностью от 15 до 30 нм. Теплопроводность эластомеров, модифицированных МУНТ и микроразмерным железом, меняется с 2,88-1 до 3,36 ·10-1 при массовой концентрации железа от 1 до 8%, а температуропроводность меняется с 4,98-7 до 6,3-7 м2/с при той же массовой концентрации. Динамика изменения температурного поля имеет монотонно возрастающий характер с достижением температурного режима с максимальным значением 90,7°С. Представленный режим с питающим напряжением 13,5 В является оптимальным для эластомера с добавками Fe с массовой концентрацией 8 мас.% и МУНТ 1 мас.%, так как увеличение питающего напряжения до 15,8 В вызывает нагрев до 159°С, что является предельным значением термической устойчивости для матрицы эластомера. В случае меньшей массовой концентрации МУНТ (1 мас.%) возможны режимы работы с напряжениями до 30,3 В, при которых температура не превысит 74,2°С, однако общая мощность при такой концентрации МУНТ для нагревателя будет ниже. Установлено, что для композитов на основе микроразмерного железа и МУНТ характерен режим нагрева до 90°С в течение 114 с от начальной температуры с 25°С, при этом увеличение концентрации МУНТ до 8% приводит к росту температуры на поверхности до 150°С за 7,14 с от температуры 25°С. Структурно микроразмерное железо в эластомере встраивается в виде сферических включений.

в работе представлен анализ эффекта ориентационной термоупругости с применением двумерной упрощенной динамической модели жидкого кристалла в акустическом приближении. Предполагается, что эффект возникает при нагревании одной из границ прямоугольного жидкокристаллического слоя. При решении системы уравнений модели применяется метод двуциклического расщепления по пространственным переменным в сочетании с конечно-разностной схемой распада разрыва Годунова для уравнений акустики и схемы Иванова с контролируемой диссипацией энергии для уравнения теплопроводности. Использование такой комбинации конечно-разностных схем позволяет проводить расчеты связанных термомеханических процессов с одинаковыми шагами по времени и по пространству, удовлетворяющим условию Куранта–Фридрихса–Леви. Численный алгоритм реализован в виде параллельной программы, написанной на языке C++. Распараллеливание вычислений выполнено для компьютеров с графическими ускорителями NVIDIA по технологии CUDA. Проведены расчеты, демонстрирующие невозможность наблюдения эффекта переориентации молекул жидкого кристалла под действием температуры для представленной упрощенной модели в акустическом приближении. Однако воздействие температуры существенно влияет на давление и скорости. Сделано заключение, что при учете сил поверхностного натяжения этот эффект будет наблюдаться для используемой в работе модели.

В статье представлено решение связанной краевой задачи теории больших де- формаций о деформировании пробки конечной длины в круглой трубе под действием изменяющегося перепада давления. Предполагается, что пробка имеет цилиндрическую форму, а ее материал является несжимаемым и обладает упругими, вязкими и пластическими свойствами. Возрастающий со временем перепад давления задается на граничных поперечных поверхностях пробки. На боковой поверхности пробки задано условие прилипания. Изменение температуры материала происходит за счет его необратимого деформирования. Необратимые деформации накапливаются в материале пробки с начала процесса деформирования и могут быть как деформациями ползучести, так и пластическими деформациями. Предполагается, что параметры ползучести, предел текучести и коэффициент динамической вязкости материала зависят от температуры. При возрастающем перепаде давления рассмотрена ползучесть материала, а также возникновение и развитие вязкопластического течения. Рассчитаны температура и параметры напряженно-деформированного состояния, установлена закономерность продвижения упругопластической границы по деформируемому материалу.

Рассмотрен процесс получения высокотеплопроводных алюминий-графитовых композитных материалов методом пропитки пористых заготовок чешуйчатого графита расплавом алюминиевого сплава под давлением. Показано, что скорость проведения процесса, состав алюминиевого сплава обеспечивают формирование плотной, бездефектной и беспористой термоинтерфейсной границы между графитом и алюминиевым сплавом, отмечается отсутствие кристаллических включений третьих фаз, таких как SiC, Al4C3. Приведен пример оценки итоговой теплопроводности образца композитного материала с учетом влияния ориентации графитовых частиц и термоинтерфейсной теплопроводимости матрица-наполнитель.

Данная работа посвящена теоретическому анализу теплофизических процессов в импульсном ксеноновом разряде при добавлении в состав плазмообразующей среды другого инертного газа. На основе разработанной математической модели рассчитаны температурные зависимости теплопроводности смесей ксенона с неоном, криптоном и аргоном в различных процентных соотношениях. Показано влияние теплопроводности смеси газов на температуру, оптическое пропускание и кристаллизацию кварцевой оболочки газоразрядной лампы.

На основе результатов расчетных и экспериментальных исследований показана перспективность использования сплава цезия с рубидием в качестве плазмообразующей среды в серийных импульсных источниках ИК-излучения. Установлено, что при 25 % весовом содержании рубидия в сплаве с цезием давление паров и теплопроводность плазмы близки к указанным характеристикам серийной импульсной лампы, наполненной амальгамой цезия. Полученные результаты позволили повысить пиковую мощность излучения и создать экологически чистый импульсный источник ИК-излучения.