Дан обзор научных публикаций последних лет, посвященных вопросам создания газовых и электрохимических сенсоров, в том числе биосенсоров, на основе углеродных нанотрубок. Представлены результаты экспериментального и теоретического изучения принципов и механизмов их работы. Описаны особенности строения углеродных нанотрубок. Рассмотрены основные закономерности структуры, энергетических характеристик и сенсорных свойств модифицированных полупроводящих систем на основе углеродных нанотрубок. Представлен анализ механизмов взаимодействия нанотубуленов с функциональными группами (в том числе, карбоксильной и аминной), металлическими наночастицами и полимерами, приводящих к образованию химически активных зондов для сенсорных устройств. Обсуждена возможность применения гранично−модифицированных однослойных углеродных нанотрубок для идентификации металлов. Представлены результаты компьютерного моделирования взаимодействия нанотрубок, гранично−модифицированных группами —СООН и —NH2, с атомами и ионами калия, натрия и лития. Расчеты выполнены в рамках моделей молекулярного кластера с использованием расчетных методов MNDO и DFT. Построенные подобным образом сенсоры могут быть использованы для установления наличия и идентификации как собственно металлических атомов, так и их ионов, входящих в состав солей и щелочей.

Проведено экспериментально−теоретическое исследование процесса равноканального углового прессования (РКУП) для получения термоэлектрического (ТЭ) материала на основе теллурида висмута. Дан краткий обзор по математическому моделированию РКУП−процесса. Рассмотрено влияние конструктивных особенностей и температурных режимов РКУП на процесс пластического формования. Приведены результаты расчетов термонапряженного состояния образцов на разных стадиях РКУП−процесса. Расчеты для РКУП− процесса проведены с использованием лагранжевой сетки конечных элементов, которая в ходе процесса адаптивно подстраивалась под геометрию фильеры и измельчалась или укрупнялась в зависимости от значения пластической деформации для удовлетворения заданной точности расчета и сходимости итерационного процесса. Обсуждены результаты экспериментального изучения структуры и свойств полученных по РКУП образцов с помощью комплекса измерительных методов (рентгеновской дифрактометрии и электронной микроскопии). Термоэлектрические характеристики полученных материалов измерены методом Хармана. Проведены сравнительные методические расчеты процесса РКУП для ТЭ−материала на основе теллурида висмута при вариациях величин, определяющих образование зерен (критической пластической деформации в зависимости от температуры и степенной зависимости скорости этой деформации), позволившие настроить расчетную модель процесса РКУП по данным измерений размеров зерен для ТЭ−материала. Представлены результаты расчета процесса образования зерен при различных температурах пластического формования, которые сравниваются с экспериментальными данными. Практический результат, полученный в ходе работы, — улучшенная геометрия составной пресс−формы и отработанные технологические режимы пластической деформации, позволившие получить образцы с хорошими значениями ТЭ−эффективности.

Проведено исследование кристаллов твердых растворов ZrO2 (ЧСЦ), стабилизированных оксидами иттрия и церия, методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) в X− и Q−диапазоне. В отожженных кристаллах ZrO2 стабилизированных только оксидом иттрия (2,8 % (мол.) Y2O3) установлено присутствие Zr3+ центров. При добавлении СeO2 к кристаллам ZrO2, помимо оксида иттрия, проявляется другой вид парамагнитных O–−центров. Для оценки концентрации ионов Ce3+ в кристаллах ЧСЦ зарегистрированы спектры ЭПР в присутствии эталона при температуре 7 К. Идентифицированы парамагнитные ионы Ce3+ и их относительное количество в кристаллах ЧСЦ до и после высокотемпературной термообработки. Показано, что проведенные в работе отжиги на воздухе, приводят к уменьшению концентрации ионов Ce3+ для всех составов, а также изменяют цвет кристаллов с красного на белый. В образце 2,0Y0,8CeZr после отжига количество парамагнитных ионов Ce3+ уменьшилось примерно в два раза. В образце с малым содержание церия (0,1 % (мол.)) после отжига парамагнитные центры от Ce3+ не регистрируются, что говорит о полном переходе Ce3+ в состояние Ce4+. Показано, что образованные парамагнитные центры церия, связаны сильными обменными взаимодействиями. Угловая зависимость ЭПР линий от парамагнитных катионов Ce3+ от приложенного внешнего магнитного поля не наблюдалась. Вероятной причиной отсутствия угловой зависимости является то, что примесные редкоземельные ионы расположены рядом друг с другом, образуя примесные кластеры с эффективным спином Seff = 1/2.

Установлена кинетическая диаграмма морфологического состояния пленок GeSiSn при несоответствии параметров решетки между GeSiSn и Si от 3 до 5 %. На основе подбора толщины пленки GeSiSn выращены многослойные периодические структуры с псевдоморфными слоями и слоями, содержащими массив островков GeSiSn с плотностью до 1,8 ⋅ 1012 см−2 и средним размером 4 нм. Проведен анализ кривых дифракционного отражения для многослойных периодических структур. Показано наличие гладких гетерограниц, псевдоморфное состояние пленок GeSiSn и отсутствие изменений состава, а также толщины от периода к периоду. Получены спектры фотолюминесценции для структуры с псевдоморфными слоями Ge0,315Si0,65Sn0,035 с максимумом интенсивности фотолюминесценции вблизи 0,78 эВ, что соответствует длине волны 1,59 мкм. Проведен расчет зонной диаграммы с использованием подхода model solid theory. Исходя из результатов расчета зонной диаграммы, установлено, что обнаруженный пик люминесценции соответствует межзонным переходам между X−долиной в Si или между ∆4−долиной в Ge0,315Si0,65Sn0,035 и подзоной тяжелых дырок в слое Ge0,315Si0,65Sn0,035. Результаты исследований демонстрируют бездислокационные структуры с упругонапряженными псевдоморфными слоями и слоями, включающими массив островков высокой плотности. Дальнейшее изучение многослойных периодических структур будет направлено на увеличение содержания Sn и сравнение оптических свойств структур с островками и без островков.

Рассмотрен порядок твердофазного синтеза перовскитоподобной структуры станната кальция, активированного тремя ионами редкоземельных элементов Yb3+,Er3+,Но3+. Установлено, что для формирования люминесцентной структуры CaSnO3 : Yb3+,Er3+,Но3+ необходимо соблюдение следующих условий синтеза: температура прокалки — 1250 °С, длительность — не менее 18 ч. Исследованы люминесцентные свойства образцов при возбуждении полупроводниковым лазерным диодом с длиной волны 960 нм. На спектрах люминесценции зафиксированы полосы излучения в видимой и ИК−областях спектра. Установлено, что ионы Yb3+ преимущественно выступают в роли сенсибилизаторов и способны передавать часть поглощенной энергии ионам Er3+ и Но3+, вызывая усиление люминесценции в соответствующих им полосах. Ионы Er3+ также передают часть поглощенной энергии ионам Но3+, в результате чего наблюдается усиление интенсивности ИК−люминесценции в полосах 1194 и 1950 нм. Приведена схема возможных энергетических переходов в системе CaSnO3 : Yb3+,Er3+,Но3+ при возбуждении лазером с длиной волны 960 нм. Подробно описан механизм передачи энергии между ионами Yb3+,Er3+,Но3+. Изучена зависимость интенсивности люминесценции исследуемого люминофора в области 994, 1194, 1550, 1950 нм от концентрации ионов Но3+. Максимум интенсивности для полос излучения 1194 и 1950 нм наблюдается при концентрации ионов Но3+ 0,007 ат. долей. Предложено использовать люминесцентную структуру CaSnO3 : Yb3+,Er3+,Но3+ в качестве источников излучения, способных преобразовывать ИК−излучение из области 960 нм в ИК−излучение с длиной волны ~2000 нм.

Качество монтажа кристаллов транзисторов в их корпусах характеризуется тепловым сопротивлением собранного транзистора. Достижение низкого значения теплового сопротивления особенно важно для мощных кремниевых транзисторов. Существует несколько способов монтажа кристаллов мощных кремниевых транзисторов в корпуса приборов с помощью пайки, в частности, эвтектикой золото—кремний, свинцовым припоем ПСр−2,5 или бессвинцовыми припоями, например сплавом золото—олово. Рассмотрена возможность сокращения трудоемкости и стоимости изготовления кремниевых транзисторов при сохранении низкого теплового сопротивления. Проведено экспериментальное исследование замены пайки кристаллов эвтектикой золото—кремний пайкой главным образом преформой из припоя ПСр−2,5, а также некоторыми паяльными пастами. Это дает экономию золота и увеличение производительности операции монтажа кристаллов за счет использования групповой технологии пайки. Одновременно исследовано влияние на значение теплового сопротивления способа обработки обратной стороны кристаллов и их утонения. Для повышения качества пайки применена предварительная металлизация обратной стороны кремниевой пластины покрытием Ti—Ni, что значительно облегчило процесс пайки. Экспериментальная работа по переходу на пайку свинцово−серебряными припоями проведена на кристаллах мощного серийного транзистора КТ−866, монтируемых в корпуса КТ−57. При площади кристалла 24 мм2 тепловое сопротивление транзистора с утоненным кристаллом составило примерно 0,6 К/Вт, что ниже значения для серийно выпускаемых транзисторов. Значение теплового сопротивления транзистора с не утоненным кристаллом составило примерно 0,8 К/Вт, что ниже предельно допустимого для данного прибора значения 1,0 К/Вт.

Рассмотрен бесконтактный метод определения рекомбинационных параметров локальных участков p(n)−слоя кремниевых структур n+—p(n)—p+−типа. Метод основан на локальном освещении исследуемой структуры двумя различно поглощаемыми лучами света. Оба луча освещают одновременно сначала одну сторону локальной области этой структуры, а затем противоположную. Интенсивности лучей света модулируются так, что суммарная переменная фотоЭДС обращается в 0. В этом случае осуществляется режим тока короткого замыкания для его переменной составляющей. В результате неосвещаемые участки структуры не шунтируют освещаемый участок. При этих условиях измеряют отношения интенсивностей лучей света. Вычислены номограммы для раздельного определения времени жизни неравновесных носителей заряда в освещаемой части p(n)−области и скорости их поверхностной рекомбинации на основании измеряемых отношений интенсивностей. Расчеты проведены для случая низкого уровня инжекции в одномерном приближении Номограммы вычислены для длин волн 1064 и 808 нм при различных толщинах n+—p(n)—p+−структур и частотах модуляции. Было обнаружено, что номограммы практически не зависят от частоты модуляции, еcли время жизни неравновесных носителей заряда меньше периода модуляции. Установлено, что номограммы существенно смещаются и изменяются по форме для тонких структур, если время диффузии неравновесных носителей заряда от тыльной стороны структуры до ее лицевой стороны становится меньше их времени жизни. В этом случае номограммы могут быть использованы лишь для определения скорости поверхностной рекомбинации на тыльной стороне структуры.

Исследованы особенности и изменения микроструктуры электродного материала отрицательного электрода свинцово−кислотных стартерных аккумуляторных батарей, возникающие при добавлении двух различных образцов углерода: технического или гибридного. Проведен рентгенофазовый и электронно− микроскопический анализ материала электрода. Установлено, что использование технического или гибридного углерода в качестве добавки к материалу отрицательного электрода оказывает влияние на его структуру, вызывая изменения в процессах его пропитывания и формирования. На основании структурных исследований предложено качественное описание, в соответствии с которым гибридный углерод повышает дисперсность отрицательной активной массы, затрудняет диффузию сульфат−ионов. Проведены типовые испытания путем интенсивного циклирования в не полностью заряженном состоянии свинцово−кислотных стартерных батарей в режиме «заряд—разряд». Батареи изготовлены с использованием отрицательных пластин с добавками технического или гибридного углерода. Определено влияние каждого типа углеродной добавки на электрические характеристики стартерных батарей. Так, показано, что добавка гибридного углерода способствует увеличению срока службы стартерных батарей при эксплуатации в не полностью заряженном состоянии. Такая добавка повышает прием заряда в среднем на 9 % и устойчивость батареи к глубокому разряду, когда падение емкости составляет не более 4,4 %, а в случае использования технического углерода падение емкости составляет 7,2 %.