ISSN (Print) 2616-6836 ISSN (Online) 2663-1296
Л.Н. Гумилев атындағы Eуразия ұлттық университетiнiң
ХАБАРШЫСЫ BULLETIN
of L.N. Gumilyov Eurasian National University
ВЕСТНИК
Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева
ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯсериясы
PHYSICS. ASTRONOMY Series
СерияФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ
№4(129)/2019
1995 жылдан бастап шығады Founded in 1995
Издается с 1995 года
Жылына 4 рет шығады Published 4 times a year Выходит 4 раза в год
Нұр-Сұлтан, 2019 Nur-Sultan, 2019 Нур-Султан, 2019
Бас редакторы:
ф.-м.ғ.д., профессор А.Т. Ақылбеков (Қазақстан)
Бас редактордың орынбасары Гиниятова Ш.Г., ф.-м.ғ.к., доцент (Қазақстан)
Редакция алқасы
Арынгазин А.Қ. ф.-м.ғ. докторы(Қазақстан) Алдонгаров А.А. PhD (Қазақстан)
Балапанов М.Х. ф.-м.ғ.д., проф. (Ресей) Бахтизин Р.З. ф.-м.ғ.д., проф. (Ресей) Даулетбекова А.Қ. ф.-м.ғ.к. (Қазақстан) Ержанов Қ.К. ф.-м.ғ.к., PhD (Қазақстан) Жұмадiлов Қ.Ш. PhD (Қазақстан)
Здоровец М. ф.-м.ғ.к.(Қазақстан)
Қадыржанов Қ.К. ф.-м.ғ.д., проф. (Қазақстан) Кайнарбай А.Ж. ф.-м.ғ.к. (Қазақстан)
Кутербеков Қ.А. ф.-м.ғ.д., проф. (Қазақстан) Лущик А.Ч. ф.-м.ғ.д., проф.(Эстония) Морзабаев А.К. ф.-м.ғ.к. (Қазақстан) Мырзақұлов Р.Қ. ф.-м.ғ.д., проф.(Қазақстан) Нұрахметов Т.Н. ф.-м.ғ.д., проф. (Қазақстан) Сауытбеков С.С. ф.-м.ғ.д., проф. (Қазақстан) Салиходжа Ж.М ф.-м.ғ.к. (Қазақстан)
Тлеукенов С.К. ф.-м.ғ.д., проф. (Қазақстан) Усеинов А.Б. PhD (Қазақстан)
Хоши М. PhD, проф.(Жапония)
Редакцияның мекенжайы: 010008, Қазақстан, Нұр-Сұлтан қ., Сәтбаев к-сi, 2, 402 б., Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетi.
Тел.: +7(7172) 709-500 (iшкi 31-428) E-mail: vest_phys@enu.kz
Жауапты хатшы, компьютерде беттеген: А. Нұрболат
Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетiнiң Хабаршысы.
ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ сериясы
Меншiктенушi: ҚР БжҒМ "Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетi" ШЖҚ РМК Мерзiмдiлiгi: жылына 4 рет.
Қазақстан Республикасыңың Ақпарат және коммуникациялар министрлiгiнде 27.03.2018ж.
№16999-ж тiркеу куәлiгiмен тiркелген.
Ашық қолданудағы электрондық нұска: http://bulphysast.enu.kz/
Типографияның мекенжайы: 010008, Қазақстан, Нұр-Сұлтан қ., Қажымұқан к-сi, 12/1, 349 б., Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетi. Тел.: +7(7172)709-500 (iшкi 31-428)
c
Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетi
Editor-in-Chief
Doctor of Phys.-Math. Sciences,Professor А.Т. Akilbekov (Kazakhstan)
Deputy Editor-in-Chief Giniyatova Sh.G., Candidate of Phys.-Math. Sciences, Assoc. Prof. (Kazakhstan)
Editorial Board
Aryngazin A.К. Doctor of Phys.-Math. Sciences(Kazakhstan) Aldongarov А.А. PhD (Kazakhstan)
Balapanov М.Kh. Doctor of Phys.-Math. Sciences, Prof. (Russia) Bakhtizin R.Z. Doctor of Phys.-Math. Sciences, Prof. (Russia)
Dauletbekova А.К. Candidate of Phys.-Math. Sciences, PhD (Kazakhstan) Hoshi M. PhD, Prof. (Japan)
Kadyrzhanov К.К. Doctor of Phys.-Math. Sciences, Prof. (Kazakhstan) Кainarbay А.Zh. Candidate of Phys.-Math. Sciences (Kazakhstan) Kuterbekov К.А. Doctor of Phys.-Math. Sciences, Prof. (Kazakhstan) Lushchik А. Doctor of Phys.-Math. Sciences, Prof. (Estonia) Morzabayev А.К. Candidate of Phys.-Math. Sciences (Kazakhstan) Myrzakulov R.К. Doctor of Phys.-Math. Sciences, Prof. (Kazakhstan) Nurakhmetov Т.N. Doctor of Phys.-Math. Sciences, Prof. (Kazakhstan) Sautbekov S.S. Doctor of Phys.-Math. Sciences, Prof. (Kazakhstan) Salikhodzha Z. M Candidate of Phys.-Math. Sciences (Kazakhstan) Tleukenov S.К. Doctor of Phys.-Math. Sciences, Prof. (Kazakhstan) Useinov А.B. PhD (Kazakhstan)
Yerzhanov К.К. Candidate of Phys.-Math. Sciences, PhD(Kazakhstan) Zdorovets М. Candidate of Phys.-Math. Sciences (Kazakhstan) Zhumadilov K.Sh. PhD (Kazakhstan)
Editorial address: L.N. Gumilyov Eurasian National University, 2, Satpayev str., of. 402, Nur-Sultan, Kazakhstan 010008
Теl.: +7(7172) 709-500 (ext. 31-428) E-mail: vest_phys@enu.kz
Responsible secretary, computer layout: A.Nurbolat Bulletin of L.N. Gumilyov Eurasian National University.
PHYSICS. ASTRONOMY Series
Owner: Republican State Enterprise in the capacity of economic conduct "L.N. Gumilyov Eurasian National University" Ministry of Education and Science of the Republic of Kazakhstan
Periodicity: 4 times a year
Registered by the Ministry of Information and Communication of the Republic of Kazakhstan.
Registration certificate №16999-ж from 27.03.2018.
Available at: http: //bulphysast.enu.kz/
Address of printing house: L.N. Gumilyov Eurasian National University, 12/1 Kazhimukan str., Nur-Sultan,Kazakhstan 010008;
tel.:+7(7172) 709-500 (ext. 31-428)
c
L.N.Gumilyov Eurasian National University
Главный редактор:
доктор ф.-м.н.
А.Т. Акилбеков, доктор ф.-м.н., профессор (Казахстан)
Зам. главного редактора Ш.Г. Гиниятова к.ф.-м.н., доцент (Казахстан)
Редакционная коллегия Арынгазин А.К. доктор ф.-м.н.(Казахстан) Алдонгаров А.А. PhD (Казахстан)
Балапанов М.Х. д.ф.-м.н., проф. (Россия) Бахтизин Р.З. д.ф.-м.н., проф. (Россия) Даулетбекова А.К. д.ф.-м.н., PhD (Казахстан) Ержанов К.К. к.ф.-м.н., PhD (Казахстан) Жумадилов К.Ш. PhD (Казахстан)
Здоровец М. к.ф-м.н.(Казахстан)
Кадыржанов К.К. д.ф.-м.н., проф. (Казахстан) Кайнарбай А.Ж. к.ф.-м.н. (Казахстан)
Кутербеков К.А. доктор ф.-м.н., проф. (Казахстан) Лущик А.Ч. д.ф.-м.н., проф. (Эстония)
Морзабаев А.К. д.ф.-м.н. (Казахстан)
Мырзакулов Р.К. д.ф.-м.н., проф. (Казахстан) Нурахметов Т.Н. д.ф.-м.н., проф. (Казахстан) Сауытбеков С.С. д.ф.-м.н., проф. (Казахстан) Салиходжа Ж.М к.ф.-м.н. (Казахстан)
Тлеукенов С.К. д.ф.-м.н., проф. (Казахстан) Усеинов А.Б. PhD (Казахстан)
Хоши М. PhD, проф. (Япония)
Адрес редакции: 010008, Казахстан, г. Нур-Султан, ул. Сатпаева, 2, каб. 402, Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева.
Тел.: (7172) 709-500 (вн. 31-428) E-mail: vest_phys@enu.kz
Ответственный секретарь, компьютерная верстка: А. Нурболат
Вестник Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.
Серия ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ
Собственник РГП на ПХВ "Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева" МОН РК Периодичность: 4 раза в год
Зарегистрирован Министерством информации и коммуникаций Республики Казахстан.
Регистрационное свидетельство №16999-ж от 27.03.2018г.
Электронная версия в открытом доступе: http: //bulphysast.enu.kz/
Адрес типографии: 010008, Казахстан, г. Нур-Султан, ул. Кажимукана, 12/1, Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева. тел.: +7(7172)709-500 (вн. 31-428)
c
Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева
Л.Н. ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТIНIҢ ХАБАРШЫСЫ. ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ сериясы
№4(129)/2019
МАЗМҰНЫ
Ибраева А.Д., Янсе А. Вуурен Ван , Скуратов В.А., Здоровец М.В. Кристалды Si3N4-те латенттi тректердiң пайда болу энергиясының ионизациялық жоғалтуының шектi деңгейiн анықтау
8
Алдонгаров А.А., Асильбекова А.М., Иргибаева И.С.Кумарин бояғышымен байланысты CdS кластерлерiнде электрондық ауысуларды есептеу
15
Ермекова Ж.К., Алдонгаров А.А., Сағындыкова Ғ.Е., Есманова С.С. Педагогикалық мамандық студенттерiнiң сыни ойлауын дамыту
27
Карипбаев Ж.Т., Абуова А.У., Алпысова Г.К., Сәрсенғалиева К.М., Байжолов К.А., Кукенова А.Б., Здоровец М.В Оттегi енгiзiлген ZnWO4 кристалдарының люминесценциясы
33
Кабышев А.М., Кутербеков К.А., Мұхамбетжан А.М., Нуржанов А.Б., Уәлшеров Д.Т., Бекмырза К.Ж, Рахимгалиева И.Т., Сарсенов Р.М., Махамбаева И.У.8-217 МэВ энергиясы кезiнде28Si ядросында3He серпiмдi шашырауын зерттеу
42
Мусаханов Д.А., Лисицын В.М., Карипбаев Ж.Т.,Алпысова Г.К., Голковский М.Г., Даулетбекова А.К., Козловский А., Здоровец М.В. Қуатты электронды ағынында синтезделген MgF2-WO2керамикасының құрылымы
51
Каргин Д., Козловский А., Алтынов Е., Касымханов, А.Бисекен, Мухамбетов Д. Болат илемдеу өндiрiсiнiң қосалқы өнiмдер бөлшектерiнiң морфологиясы
59
Мусатаева А.Б., Мырзакулов Н.А. Камасс-Холм теңдеуi үшiн беттiң бiрiншi және екiншi фундаменталды формасы
65
Серикбаев Н.С., Нугманова Г.Н., Мырзакулов Р. (2+1)-өлшемдi Дэви-Стюартсон I теңдеуiнiң екiкомпоненттi жалпылануы I
73
Ногай А.С., Кутербеков К.А., Ускенбаев Д.Е., Бекмырза К.Ж., Ногай А.А., Кабышев А.М.
Платинасыз катализаторлары бар нафион типтi мембраналардағы жылу релаксациялық поляризациясының ерекшелiктерi
80
Нурсултанова Н.С., Жумадилов К.Ш.Төмен доза әсер ету ықпалын бағалау мәселесi 86
Шанина З.К.Конно-Оно теңдеуiнiң дисперсиясыз шегi 93
Шаханова Г.А. Ақыл-ой карталарын оқу үдерiсiнде идеяларды қалыптастыру және құрылымдау әдiсi ретiнде қолдану
99
Русакова А.В., Акилбеков А.Т., Жунусова М.К. Нейтрондармен сәулеленген GaAs диэлектрлiк қасиеттерiн күйдiру
107
5
BULLETIN OF L.N. GUMILYOV EURASIAN NATIONAL UNIVERSITY. PHYSICS.
ASTRONOMY SERIES
№4(129)/2019
CONTENTS
Ibrayeva A.D., Janse A. Vuuren Van, Skuratov V.A., Zdorovets M.V. About determination of the threshold ionization energy losses for the latent tracks formation in crystalline Si3N4
8
Aldongarov A.A., Assilbekova A.M., Irgibaeva I.S. Calculation of electronic transitions in CdS clusters associated with coumarin dye
15
Ermekova Zh.K., Aldongarov A.A., Sagyndykova G.E., Esmanova S.S. Development of critical thinking of students of pedagogical specialties
27
Karipbaev Zh.T., Abuova А.U. Alpyssova G.K., Sarsengalieva K.M., Baozholov K.A., Kukenova A.B., Zdorovets M.V.Luminescence of ZnWO4 crystals with oxygen introduced
33
Kabyshev A.M., Kuterbekov K.A., Mukhambetzhan A.M., Nurzhanov A.B., Ualsherov D.T., Bek- myrza K.Zh., Rakhimgaliyeva I.T., Sarsenov R.M., Makhambayeva .U.Study of the elastic scat- tering of3He on the28Si nucleus at the energy of 8 -217 MeV
42
Musahanov D., Lisitsyn V., Karipbaev Zh., Alpyssova G., Golkovskii M., Dauletbekova A., Ko- zlovskii A., Zdorovec M. The structure of MgF2-WO2 ceramic synthesized in a powerful electron flow
51
Kargin D., Kozlovskij A., Altynov E., Kasymhanov Zh., Biseken A., Muhambetov D. Morphology of the particles of by-products of steel rolling production
59
Mussatayeva A.B., Myrzakulov N.A. The first and second fundamental forms for the Camassa- Holm equation
65
Serikbayev N.S., Nugmanova G.N., Myrzakulov R. On the Integrable Two-Component (2+1)- dimensional Davey-Stewartson Equation
73
Nogay A.S., Kuterbekov K.A., Uskenbayev D.E., Bekmyrza K.Zh., Nogay A.A., Kabyshev A.M.
Features of thermal relaxation of polarization in the Nafion membranes with no platinum catalysts
80
Nursultanova N., Zhumadilov K.The problem of assessing the effects of low-dose exposure 86 Shanina Z.K.Dispersionless limit of the Konno-Oono equation 93 Shakhanova G.A.Mind maps as a method of generating and structuring ideas in the learning process 99 Russakova A.V., Akilbekov A.T., Zhunusova M.K.Annealing of dielectric properties of GaAs Crys-
tals Irradiated by Neutrons
107
6
ВЕСТНИК ЕВРАЗИЙСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА ИМЕНИ Л.Н.ГУМИЛЕВА. Серия ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ
№4(129)/2019
СОДЕРЖАНИЕ
Ибраева А.Д., Янсе А. Вуурен Ван., Скуратов В.А., Здоровец М.В. К вопросу об определении порогового уровня ионизационных потерь энергии образования латентных треков в кристаллическом Si3N4
8
Алдонгаров А.А., Асильбекова А.М., Иргибаева И.С. Расчет электронных переходов в кластерах CdS, связанных с кумариновым красителем
15
Ермекова Ж.К., Алдонгаров А.А., Сагындыкова Г.Е., Есманова С.С.Развитие критического мышления студентов педагогических специальностей
27
Карипбаев Ж.Т., Абуова А.У., Алпысова Г.К., Сарсенгалиева К.М., Байжолов К.А., Кукенова А.Б., Здоровец М.ВЛюминесценция кристаллов ZnWO4с введенным кислородом
33
Кабышев А.М., Кутербеков К.А., Мухамбетжан А.М., Нуржанов А.Б., Уалшеров Д.Т., Бекмырза К.Ж, Рахимгалиева И.Т., Сарсенов Р.М., Махамбаева И.У. Изучение упругого рассеяния3He на ядре28Si при энергии 8-217 МэВ
42
Мусаханов Д.А., Лисицын В.М., Карипбаев Ж.Т.,Алпысова Г.К., Голковский М.Г., Даулетбекова А.К., Козловский А., Здоровец М.В. Структура керамики MgF2-WO2, синтезированной в мощном потоке электронов
51
Каргин Д., Козловский А., Алтынов Е., Касымханов, А.Бисекен, Д.Мухамбетов Морфология частиц побочных продуктов сталепрокатного производства
59
Мусатаева А.Б., Мырзакулов Н.А. Первая и вторая фундаментальные формы поверхности для уравнения Камасса-Холма
65
Серикбаев Н.С., Нугманова Г.Н., Мырзакулов Р. О двухкомпонентном обобщении (2+1)- мерного уравнения Дэви-Cтюартсона I
73
Ногай А.С., Кутербеков К.А., Ускенбаев Д.Е., Бекмырза К.Ж., Ногай А.А., Кабышев А.М. Особенности тепловой релаксационной поляризации в мембранах типа нафион с без платиновыми катализаторами
80
Нурсултанова Н.С., Жумадилов К.Ш. Проблема оценки последствий воздействия низкой дозы облучения
86
Шанина З.К.Бездисперсионный предел уравнения Конно-Оно 93 Шаханова Г.А. Интеллект-карты как метод генерации и структурирования идей в учебном
процессе
99
Русакова А.В., Акилбеков А.Т., Жунусова М.К. Отжиг диэлектрических свойств GaAs, компенсированного облучением нейтронами
107
7
МРНТИ 29.19.04; 29.19.11; 29.19.21; 29.19.22; 29.19.25;
Д.А. Мусаханов1,2, В.М.Лисицын1, Ж.Т. Карипбаев2, Г.К. Алпысова2, М.Г.
Голковский3, А.К. Даулетбекова2, А. Козловский4, М.В.Здоровец4
1Томский политехнический университет, Томск, Россия
2Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Нур-Султан, Казахстан
3Научно-исследовательский институт ЯФ СО РАН, Новосибирск, Россия
1Институт ядерной физики, Нур-Султан, Казахстан
(E-mail: dos_f@mail.ru, lisitsyn@tpu.ru, zf1@mail.ru, gulnur−0909@mail.ru, golkovski@mail.ru, alma_dauletbek@mail.ru)
Структура керамики MgF2-WO2 синтезированной в мощном потоке электронов Аннотация: В статье представлены результаты исследования керамики на основе активированного ионами вольфрама MgF2, синтезированной в воздушной атмосфере.
Изготовление образцов проводилось с использованием в качестве нагревателя мощного потока электронов. Элементный состав полученных образцов и состояние их поверхности изучались с использованием растрового электронного микроскопа. В результате было установлено, что поверхность образца имеет сложную форму, характерную для застывшего расплава. На некоторых образцах видны микрокристаллы с хорошей огранкой размером около 500 нм.
Проведены исследования распределения элементов по поверхности образцов, посредством которых установлено, что элементный состав заметно различается при сканировании по поверхности. С помощью дифрактометра был проведен рентгеноструктурный анализ синтезированных образцов керамики, который показал наличие кристаллической фазы.
Ключевые слова: кристалл, керамика, кристаллическая фаза, синтез, фторид магния.
DOI: https://doi.org/10.32523/2616-6836-2019-129-4-51-58 Введение. Керамика является перспективным материалом для использования в различных областях техники, в том числе и в оптике [1-3]. Оптическая керамика, в отличие от монокристаллов, механически изотропна и более прочна, зерна керамики разориентированы, поэтому свойства их изотропны. Направление решеток у них все время меняется: нет плоской спаянности, двойного лучепреломления. Интерес представляет оптическая керамика на основе MgF2. Могут быть выращены кристаллы MgF2 высокой степени чистоты и совершенства.
Кристаллы имеют ширину запрещенной зоны 12.3 эВ [4], обладают пропусканием в широкой УФ области спектра вплоть до 11,5 эВ, уступая по этой характеристике только кристаллу LiF. Уже имеется опыт применения такой керамики [5-7]. Керамики MgF2 так же, как и LiF являются редкими материалами для изготовления оптики для работы в УФ области спектра, активных элементов лазеров, сцинтилляторов, дозиметров. В LiF хорошо входят активаторы (ионы поливалентных металлов). Очевидно, такие активаторы могут входить и в близкий к нему по свойствам MgF2.
Однако существует большая разница в синтезе активированных LiF и MgF2. Температура плавления MgF2 - 1263 К (LiF - 848 С). Вакуумные нагревательные печи способны поддерживать температуру в камере до 2000 К, открытые нагревательные печи поддерживают температуру нагрева до 1000 К. Для введения активаторов - поливалентных ионов, синтез должен проводиться в воздушной атмосфере. Поливалентные ионы образуют летучие соединения с фтором, в вакуумной атмосфере они выводятся из расплава. Необходимо введение соактиваторов - OH, О, которые препятствуют образованию летучих соединений активатора со фтором, способствуют вхождению ионов активатора в решетку, компенсируя разность в размерах с катионом. Таким образом, синтез кристаллов MgF2 с активаторами - поливалентными ионами в воздушной атмосфере невозможен. Поэтому для синтеза нужно найти возможность использования нестандартного нагревателя. Таким нагревателем может служить мощный поток электронов, выведенный на воздух.
51
Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ Хабаршысы - Bulletin of L.N. Gumilyov ENU, 2019, 4(129)
В настоящей работе представлены результаты исследования керамики на основе активированного ионами вольфрама MgF2, синтезированной в воздушной атмосфере с использованием в качестве нагревателя мощного потока электронов.
Объекты и методика исследования. Синтез керамики. Изготовление образцов проводилось с использованием в качестве нагревателя мощного потока электронов. В шихту из порошка MgF2 добавлялся для активации оксид вольфрама (WO3) и соактиватор в виде гидроокиси лития (LiOH) с весовыми концентрациями от 0.05 до 0.3%. Шихта тщательно перемешивалась. Шихта с разным составом насыпалась в конические лунки диаметром 1 см на изготовленном из меди массивном тигле. На тигель направлялся мощный поток электронов, выведенный из вакуума в среду с атмосферным давлением через систему дифференциальной вакуумной откачки, состоящей из трех ступеней. Поток электронов с энергией 1.4 МэВ и плотностью мощности 18 КВт на см2 от ускорителя ЭЛВ-6, который сканировал вдоль конструкции со скоростью 1 см+с−1. Пучок электронов с сечением у поверхности тигля 1 см2 в течение 1 с плавил шихту, которая после воздействия быстро застывала, образуя керамический образец с заданным по шихте соотношением примесей.
После однократного облучения всей поверхности конструкция охлаждалась, из конических углублений вынимались образцы с различным содержанием активатора и соактиватора.
Синтез материалов в поле мощного потока высокоэнергетических электронов принципиально отличается от синтеза в тепловых полях. При использованных режимах облучения, которые составляют 20% от предельно возможных на ускорителе, объемная плотность поглощенной энергии за время воздействия потока - 1 с - составляет 6·1023 эВ/см3. За время синтеза в 1 см3 материала на основе фторида магния создается 6·1022 электронных возбуждений (ионизация, электронно-дырочные пары). Формирование структурных фаз происходит из совокупности элементов шихты с высокой степенью ионизации, то есть с оборванными связями. Поэтому возможно формирование структурных фаз из различных сочетаний, участвующих в процессе атомов, ионов. Поскольку доминирующими в шихте являются магний и фтор, то с наибольшей вероятностью следует ожидать формирование кристаллической фазы фторида магния с распределенными в ней ионами вольфрама, кислорода, водорода. При синтезе в тепловых полях происходит только возбуждение остовной (атомной, ионной) подсистемы. Электронная подсистема остается невозбужденной.
Результаты и обсуждение. Структура и состав синтезированной активированной керамики на основе фторида магния MgF2. Состояние поверхности и элементный состав полученных образцов изучались с использованием растрового электронного микроскопа (РЭМ) Hitachi TM3030 с системой энергодисперсионного анализа (ЭДА) Bruker XFlash MIN SVE при ускоряющем напряжении 15 кВ. Прибор позволял наблюдать объемные образцы с теневым и объемным контрастом с разрешением до 30 нм, имел приставку для энергодисперсионного микроанализа.
Рисунок 1– РЭМ изображения поверхности образцов керамики 52
Д.А.Мусаханов, В.М.Лисицын, Ж.Т. Карипбаев, Г.К. Алпысова, М.Г. Голковский, А.К. . . .
Примеры РЭМ снимков с увеличением 2000х приведены на рис.1. Поверхность образца имеет сложную форму, характерную для застывшего расплава. На некоторых образцах (см. MgF2+0.05WO3) видны микрокристаллы с хорошей огранкой размером около 500 нм. Микрокристаллы имеют различную форму: от нитевидных частиц до ромбовидных и кубических. На других (см. MgF2+0.3WO3) - расплавы, очевидно, другой фазы размером от 500 нм до 3 мкм. Нет явной связи изменения морфологии с разницей в степени легирования.
Различие может быть объяснено изменением структурного и фазового состава от образца к образцу из-за разницы в условиях синтеза. Синтез керамики (нагрев, охлаждение) происходит в плохо контролируемых условиях. Очевидно, имеется различие в режимах синтеза в разных лунках тигля.
На рисунке 2 представлена диаграмма элементного состава исследованных образцов.
Исходный материал MgF2 представлял собою измельченные в порошок плавни MgF2 из тщательно очищенного сырья. Во всех образцах, синтезированных из шихты с оксидом вольфрама, обнаруживается наличие вольфрама, но концентрация вольфрама в образцах отличается от его концентрации в шихте. Как следует из представленных результатов элементный состав близок к стехиометрическому. Обращает на себя внимание следующий факт: введение в качестве соактиватора OH способствует вхождению вольфрама.
Рисунок 2– Диаграмма элементного состава
Были проведены исследования распределения элементов по поверхности образцов с разрешением до 1 мкм2. Установлено, что элементный состав заметно различается при сканировании по поверхности. Пример результатов исследований распределения элементного состава в выбранном произвольно участке поверхности образца приведен на рис. 3. Как следует из представленных результатов исследований, картины распределения ионов фтора и магния хорошо повторяют друг друга. Это свидетельствует о том, что основой керамики является фторид магния. Распределение же кислорода и вольфрама по поверхности заметно различается. Следовательно, имеет место диссоциация оксида вольфрама. Кислород и вольфрам растворяются в керамике различным образом. Этот вывод подтверждается и исследованиями распределения элементного состава при сканировании по поверхности.
Соотношение ионов кислорода и вольфрама значительно изменяется при сканировании по поверхности: на 32 и 81% соответственно. В то же время соотношение ионов магния и фтора изменяется не более, чем на 7%.
53
Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ Хабаршысы - Bulletin of L.N. Gumilyov ENU, 2019, 4(129)
Рисунок 3– Распределение элементного состава по поверхности образца
Рентгеноструктурный анализ (РСА) синтезированных образцов керамики проводился с использованием дифрактометра D8 ADVANCE ЕСО с рентгеновской трубкой с Сu - анодом и графитовым монохроматором. Дифрактограммы записывались в диапазоне углов 20-110◦ 2θ, шаг 0,02◦ 2θ. Количественное соотношение фаз определяется в программе TOPAS 4.2.
Полуширины измеренных рефлексов использовались для определения размеров кристаллитов и микронапряжений в образце, а отношение интегральной интенсивности рефлексов к полной интенсивности рентгенограммы - для оценки степени кристалличности образца. Результаты исследований представлены на рисунке 4.
54
Д.А.Мусаханов, В.М.Лисицын, Ж.Т. Карипбаев, Г.К. Алпысова, М.Г. Голковский, А.К. . . .
Рисунок 4– Дифрактограммы исследованных образцов керамики
Как следует из представленных результатов, в синтезированных образцах керамики наблюдается серия четко выраженных рефлексов, свидетельствующих о наличии кристаллической фазы. В дифрактограмме исходного MgF2 рефлексы сильно размыты.
Такими они и должны быть для измельченных в порошок плавней MgF2. Дифрактограммы полученных образцов соответствуют измеренным в [8] образцам керамики MgF2 для магнетронного распыления (представлены в таблице 1).
55
Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ Хабаршысы - Bulletin of L.N. Gumilyov ENU, 2019, 4(129)
Тип
структуры (hkl) 2θ◦ d,˚A L, nm
Параметр ячейки, ˚A
Степень кристаллич- ности, %
Содер-
жание фазы, % Моно-
кристалл MgF2
Tetragonal
(110) 27,529 3,23749
23,5 a=4,57055
c=3,30451 35,7 100 (220) 56,930 1,61615
(312) 90,157 1,08788 MgF2
+0.1%W Tetragonal (220) 53,598 1,70850
148,9 a=4,8322
c=3,3099 77,4 100 (202) 68,538 1,37338
MgF2 +0.3%W
Tetragonal (002) 56,466 1,62834
161,5 a=4,92557 c=3,25474
82
MgF2– 64,4 (322) 68,308 1,37206
Cubic (220) 27,538 3,23644
153,4 a=9,14579 Mg– 31,3
(622) 67,932 1,37873 Cubic (110) 40,493 2,22591
111,8 a=3,14943 W –4,1
(220) 87,472 1,11422 MgF2
+0.05%W
Tetragonal (220) 53,774 1,70334 60,3 a=4,81798
c=3,33991 84,2 MgF2– 98,4 (202) 68,289 1,37239
Cubic (211) 71,677 1,31562 132,2 a=3,22240 W - 1,6 MgF2
+0,3%W +0,3%OH
Tetragonal (110) 27,235 3,27170 119,6 a=4,62666 c=3,30430
88,8
MgF2– 39,3 Cubic (442) 63,499 1,46387 101,1 a=8,78328 Mg – 57,8 Cubic (211) 71,614 1,31663 135,1 a=3,22496 W – 3
Результаты рентгеноструктурного анализа синтезированной керамики из активированного MgF2.
Как видно из табличных данных, низкотемпературная α– фаза поликристалла Na3Sc2(PO4)3 является диэлектрической, т.к. характеризуются низкими значениями проводимости 2·10−5 (Ohm·сm)−1 при 293 К, и высокими значениями энергии активации 0,52 эВ.
Полученные выше экспериментальные данные, а также результаты работы [2], в которой сообщалось о наличии доменнов на поверхности кристалла α–Na3Sc2(PO4)3 и их исчезновение при фазовом переходе α → β, позволяют рассматривать эту фазу как сегнетоэлектрическую.
Во всех исследованных образцах керамики обнаруживается фаза MgF2 тетрагональной структуры с характерными значениями параметра решетки. В активированных вольфрамом образцах при синтезе формируются кристаллы вольфрама, магния. Магниевая кристаллическая фаза обнаруживается и в некоторых не активированных образцах. В целом, все активированные образцы керамики характеризуются высокой степенью содержания кристаллической фазы. Размеры кристаллитов MgF2 во всех активированных образцах находятся в пределах 60. . . 160 нм, тогда как в неактивированных - около 20 нм.
Заключение. Показана возможность синтеза керамики на основе фторида магния, синтезирована керамика на основе фторида магния с вольфрамом в качестве активатора.
Показано, что синтезированная керамика имеет высокую степень кристалличности, вольфрам - активатор входит в состав кристаллитов.
56
Д.А.Мусаханов, В.М.Лисицын, Ж.Т. Карипбаев, Г.К. Алпысова, М.Г. Голковский, А.К. . . .
Список литературы
1 Третьяков Ю. Д. Керамика в прошлом, настоящем и будущем // Соросовский образовательный журнал.- 1998. - №6. - C. 1-56
2 Третьяков Ю.Д. Керамика - материал будущего- М.: Знание, 1987. - C. 48.
3 Басиев Т.Т. Фторидная оптическая нанокерамика // Известия Российской академии наук. Серия Химия. - 2008. - № 5. - С. 863-872.
4 Минакова Т.С., Екимова И.А. Фториды и оксиды щелочноземельных металлов и магния. Поверхностные свойства. - Томск: Издательский Дом Томского государственного университета. - 2014. - C. 148.
5 Stepanov A.L. [et al.] Synthesis and Magnetic Properties of Nikel Nanoparticles in Magnesium fluoridе Matrix. //
Technical Physics Letters. - 2004. - Vol. 30.- № 2. - P. 151-153.
6 Martin P., Biederman H. and Holland L. Thin films prepared by sputtering MgF2 in an rf planar magnetron //
Vacuum. - 1985. - Vol. 35. - № 12. - P. 531-535.
7 Колешко В. М. Распыляемые мишени из фторидных соединений для получения пленок высокотемпературных полупроводников // Письма в ЖТФ. - 2006. - Т. 32. - № 4. - С. 45-50.
8 Подденежный Е. Н., Бойко А. А., Дробышевская Н. Е., Белый Д. И., Павленок К. А. Керамические фторидные мишени для магнетронного распыления, формируемые методом полусухого прессования с вакуумным уплотнением // Вестник ГГТУ им. П. О. Сухого. - 2012. - № 3.- C.62-67.
Д.А. Мусаханов1,2, В.М.Лисицын1, Ж.Т. Карипбаев2, Г.К. Алпысова2, М.Г. Голковский3, А.К.
Даулетбекова2, А. Козловский4, М.В.Здоровец4
1Томск политехникалық университетi, Томск, Ресей
2Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетi, Нұр-Сұлтан, Қазақстан
3РҒА СБ ЯФ ғылыми зерттеу институт, Новосибирск, Ресей
4Ядролық физика институты,Нұр-Сұлтан, Қазақстан
Қуатты электронды ағымнында синтезделген MgF2-WO2 керамикасының құрылымы
Аңдатпа Мақалада ауа атмосферасында синтезделген вольфрам-белсендi MgF2 иондары негiзiндегi керамиканы зерттеу нәтижелерi келтiрiлген. Үлгiлер жылытқыш ретiндегi қуатты электронды ағын пайдаланып дайындалды.
Алынған үлгiлердiң элементарлық құрамы және олардың бет расторлы электронды микроскоптың көмегiмен зерттелдi.
Нәтижесiнде үлгiнiң бетi қатты пiшiндi балқымаға тән күрделi пiшiнге ие екендiгi анықталды. Кейбiр үлгiлерде өлшемi шамамен 500 нм болатын жақсы бедерленген микрокристалдар көрiнедi. Үлгiлер бетiндегi элементтердiң таралуына зерттеу беттi сканерлеу элементтiң құрамы өзгерiске ие болатыны анықталды. Дифрактометр көмегiмен синтезделген керамика үлгiлер рентгендiк құрылым анализi кристалдық фазаның болуын көрсеттi.
Түйiн сөздер:кристалл, керамика, кристалды фаза, синтез, магний фторидтерi.
D.Musahanov1,2, V.Lisitsyn1, Zh.Karipbaev2, G.Alpyssova2, M.Golkovskii3, A.Dauletbekova2, A.
Kozlovskii4, M. Zdorovec4
1Tomsk Politechnical University, Tomsk, Russia
2L.N. Gumilyov Eurasian National University, Nur-Sultan, Kazakhstan
3Scientific Research Institute of Nuclear Physics SB RAS, Novosibirsk, Russia
4Institute of Nuclear Physics,Nur-Sultan, Kazakhstan
The structure of MgF2-WO2 ceramic synthesized in a powerful electron flow
Abstract The article presents the results of a study of ceramics based on tungsten-activated MgF2 ions synthesized in an air atmosphere. Samples were prepared using a powerful electron stream as a heater. The elemental composition of the obtained samples and the state of their surface were studied using a scanning electron microscope; as a result, it was found that the surface of the sample has a complex shape characteristic of a solidified melt. On some samples, microcrystals with sizes of about 500 nm formed with good faceting are visible. Studies of the distribution of elements over the surface of the samples were carried out, where it was found that the elemental composition noticeably differs when scanning over the surface. Using a diffractometer, an X-ray diffraction analysis of the synthesized ceramic samples was carried out, which showed the presence of a crystalline phase.
Keywords: crystal, ceramics, crystalline phase, synthesis, magnesium fluoride.
References
1 Tret’yakov YU. D. Keramika v proshlom, nastoyashchem i budushchem [Ceramics in the past, present and future], Sorosovskiy Obrazovatel’nyy zhurnal [Soros Educational Journal], №6, 1-56(1998). [in Russian]
2 Tret’yakov YU.D. Keramika - material budushchego [Ceramics - the material of the future], (Znaniye, Moscow, 1987, 48 p. [in Russian]
3 Basiyev T.T. Ftoridnaya opticheskaya nanokeramika [Optical fluoride nanoceramics], Izvestiya Rossiyskoy akademii nauk. Seriya Khimiya, 5, 863-872 (2008). [in Russian]
57
Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ Хабаршысы - Bulletin of L.N. Gumilyov ENU, 2019, 4(129)
4 Minakova T.S., Yekimova I.A. Ftoridy i oksidy shchelochnozemel’nykh metallov i magniya. Poverkhnostnyye svoystva [Fluorides and oxides of alkaline earth metals and magnesium. Surface properties], Izdatel’skiy Dom Tomskogo gosudarstvennogo universiteta, Tomsk, 2014, 148. [in Russian]
5 Stepanov A.L. [et al.] Synthesis and Magnetic Properties of Nikel Nanoparticles in Magnesium fluoridе Matrix, Technical Physics Letters, 30 (2), 151-153(2004). [in English]
6 Martinu P., Biederman H. and Holland L. Thin films prepared by sputtering MgF2 in an rf planar magnetron, Vacuum, 35 (12), 531-535(1985). [in English]
7 Koleshko V. M. Raspylyayemyye misheni iz ftoridnykh soyedineniy dlya polucheniya plenok vysokotemperaturnykh poluprovodnikov [Sputtering targets from fluoride compounds to obtain films of high-temperature semiconductors], Pis’ma v ZHTF, 32(4), 45-50 (2006). [in Russian]
8 Poddenezhnyy Ye. N., Boyko A. A., Drobyshevskaya N. Ye., Belyy D. I., Pavlenok K A. Keramicheskiye ftoridnyye misheni dlya magnetronnogo raspyleniya, formiruyemyye metodom polusukhogo pressovaniya s vakuumnym uplot- neniyem [Ceramic fluoride targets for magnetron sputtering formed by semi-dry pressing with vacuum compaction], Vestnik GGTU im. P. O. Sukhogo, 3, 62-67 (2012). [in Russian]
Сведения об авторах:
Мусаханов Д.А.- старший преподаватель кафедры радиотехники, электроники и телекоммуникации, аспирант 3 курса, Томский политехнический университет, Томск, Россия.
Лисицын В. М. - доктор физико-математических наук, профессор, Томский политехнический университет, Томск, Россия.
Карипбаев Ж.Т.- доктор PhD, и.о. доцента кафедры технической физики, Евразийский национальный университет имени Л.Н.Гумилева, ул. Кажымукана, 13, Нур-Султан, Казахстан.
Алпысова Г. К. - докторант кафедры технической физики, Евразийский национальный университет имени Л.Н.Гумилева, ул. Кажымукана, 13, Нур-Султан, Казахстан.
Голковский М.Г.- кандидат химических наук, руководитель лаборатории, Научно-исследовательский институт ЯФ СО РАН, Новосибирск, Россия.
Даулетбекова А. К.- кандидат физико-математических наук, профессор кафедры технической физики, Евразийский национальный университет имени Л.Н.Гумилева, ул. Кажымукана, 13, Нур-Султан, Казахстан.
Козловский А. Л.- PhD, заведующий лабораторией физики твердого тела, Институт ядерной физики, пр. Абылай хана 2/1, Нур-Султан, Казахстан.
Здоровец М. В.- кандидат физико-математических наук, доцент международной кафедры ядерной физики, новых материалов и технологий, Евразийский национальный университет имени Л.Н.Гумилева, ул. Кажымукана, 13, Нур- Султан, Казахстан.
Mussakhanov D.- graduate student, Tomsk Politechnical University, Tomsk, Russia.
Lisitsyn V.- Doctor of physical and mathematical sciences, professor, Tomsk Politechnical University, Tomsk, Russia.
Karipbayev Z.- PhD of the International Department of technical physics, L.N.Gumilyov Eurasian National University, Kazhymukan str. 13, Nur-Sultan, Kazakhstan
Alpyssova G. - PhD student of the Department of technical physics, L.N.Gumilyov Eurasian National University, Kazhy- mukan str. 13, Nur-Sultan, Kazakhstan.
Golkovskii М.- Candidate of Chemical Sciences, Head of Laboratory, Scientific Research Institute of Nuclear Physics SB RAS, Novosibirsk, Russia
Dauletbekova A. - Candidate of physical and mathematical sciences, professor of the Department of technical physics, L.N.Gumilyov Eurasian National University, Kazhymukan str. 13, Nur-Sultan, Kazakhstan.
Kozlovskiy A.- PhD, Head of the Laboratory of Solid State Physics, Institute of Nuclear Physics, Abilaikhan avenue 2/1, Nur-Sultan, Kazakhstan.
Zdorovec M. - Candidate of physical and mathematical sciences, assistant professor of the International Department of nuclear physics, new materials and technology, L.N.Gumilyov Eurasian National University, Kazhymukan str. 13, Nur-Sultan, Kazakhstan.
Поступила в редакцию 17.10.2019
58
