О влиянии гостевых молекул CH$_4$, C$_2$H$_6$, CO$_2$, Xe и H$_2$S на стабильность sI-гидрата
О влиянии гостевых молекул CH$_4$, C$_2$H$_6$, CO$_2$, Xe и H$_2$S на стабильность sI-гидрата
М. Б. Юнусов$^1$, Р. М. Хуснутдинов$^{1,2}$
В настоящее время гидраты вызывают заметный интерес среди исследователей, что обусловлено: во-первых, использованием газогидратов в качестве перспективных источников углеводородной энергии, а во-вторых возможностью применения таких молекулярных систем в качестве резервуаров для хранения водорода. Термодинамические свойства, кинетика образования и фазовые диаграммы газовых гидратов хорошо изучены, на что свидетельствует большое число экспериментальных и теоретических исследований. Несмотря, на это остаются открытыми вопросы, связанные с отсутствием понимания механизмов структурообразования и стабильности молекулярных комплексов по типу «гость-хозяин». В данной работе в рамках теории функционала плотности были исследованы некоторые аспекты структурной стабильности газовых гидратов. Показано, что включение молекулы газа в полости гидрата приводит к отталкиванию узлов полости, что свидетельствует о структурной стабилизации гидрата. Были рассчитаны энергии связей для таких газов как CH$_4$, C$_2$H$_6$, CO$_2$, Xe и H$_2$S, помещенные в малые (D-) и большие (T-) полости клатратных гидратов. Выяснено, что небольшие молекулы CH$_4$, Xe, H$_2$S лучше стабилизуют D-полости, в то время как большие молекулы C$_2$H$_6$ и CO$_2$ лучше стабилизируют T-полости гидратов. Получены плотности электронных состояний для гидрата с/без включения молекулы газа. При включении молекулы газа обнаружено смещение энергии электронной подсистемы гидрата, что свидетельствует о снижении полной энергии системы и повышению ее стабильности.
Показать АннотациюСоздание нейронной сети для анализа локальной атомной структуры
Создание нейронной сети для анализа локальной атомной структуры
Э. Ф. Хаметова$^2$, О. Р. Бакиева$^1$
В данной работе рассматривается возможность исследования локальной атомной структуры вещества методом анализа протяженных тонких структур спектров энергетических потерь электронов (EXELFS – Extended Electron Energy Loss Fine Structure) с применением технологий нейронных сетей для определения параметров структуры: парциальных координационных чисел, длин химической связи и параметров тепловой дисперсии. В качестве модельных объектов были выбраны экспериментальные данные EXELFS спектров однокомпонентных систем, полученные в режиме на просвет. На первом этапе работы в качестве определяемого параметра было выбрано межатомное расстояние, поскольку для получения данной характеристики исходным экспериментальным данным требуется минимальная обработка. Рассмотрены различные методы обучения и виды нейронных сетей: обучение с учителем, обучение без учителя и обучение с подкреплением. Проведен анализ работ исследователей в области спектроскопии, решающих различные задачи с применением методов машинного обучения. Показаны результаты работы дополнительного модуля, способного анализировать спектры однокомпонентных систем.
Показать АннотациюПланарное приближение в теории динамо со случайными коэффициентами при наличии вертикальных потоков спиральности
Планарное приближение в теории динамо со случайными коэффициентами при наличии вертикальных потоков спиральности
М. Г. Сердюков$^1$, Е. А. Михайлов$^{1,2}$
Генерация магнитных полей в различных космических объектах описывается с помощью механизма динамо. В случае галактик одной из наиболее эффективных моделей является планарное приближение, созданное для тонких дисков. Оно характеризует эволюцию поля с помощью усредненных значений параметров, связанных с кинематическими характеристиками межзвездной среды. Между тем, в случае наличия ряда активных процессов необходимо рассматривать существенные флуктуации данных параметров, а также вертикальные потоки. В настоящей работе рассмотрены уравнения для динамо в тонком диске со случайными коэффициентами, исследованы различные случайные возмущения, представляющие как астрономический, так и математический интерес. Показано наличие перемежаемости, когда старшие моменты растут быстрее младших. Важно отметить, что в настоящей работе использовались большие выборки, на порядки превышающие те, которые применялись в предшествующих работах.
Показать АннотациюМоделирование свойств жёсткости наноразмерных структур кремниевой электроники с учётом неровности
Моделирование свойств жёсткости наноразмерных структур кремниевой электроники с учётом неровности
С. О. Демидов$^{1,2}$, А. А. Шарапов$^{1,2}$
Приведенная работа посвящена исследованию наноструктур по части механических свойств. Особое внимание мы уделяем поведению наноструктур при наличии шероховатости. Исследования в данной области идут в трёх направлениях: 1) изучение особенностей проявления шероховатости во время формирования наноструктур 2) разработка методов оценки величины шероховатости (амплитуды, пространственной частоты, фрактальной постоянной с помощью РЭМ, АСМ, исследования спеклов) 3) моделирование механических, температурных свойств, электрофизических свойств элементов кремниевой микроэлектроники на основе данных наноструктур. Данная работа посвящена именно моделированию [1]. При переходе к поперечным размерам наноструктур ниже 100 нм вопрос управления шероховатостью стоит всё острее, так как увеличивается влияние геометрических неравномерностей на электрофизические параметры устройств [2, 3]. Кроме того, при уменьшении соотношения ширины к высоте плавниковых наноструктур начинают всё более заметно проявляться пластические свойства [4, 5]. Мы предполагаем, что в ходе процессов формирования данный размерный эффект может вносить значительный вклад в проявление наноразмерной шероховатости. Первые шаги к оценке этого вклада мы выполняем в данной работе. В результате были получены графические зависимости жесткости плавниковой структуры при разных значениях форм-фактора, а также проведен анализ собственных частот структуры.
Показать АннотациюИсследование трикальцийфосфата с примесью ионов гадолиния методом электронного парамагнитного резонанса
Исследование трикальцийфосфата с примесью ионов гадолиния методом электронного парамагнитного резонанса
М. А. Садовникова$^1$, Ф. Ф. Мурзаханов$^1$, Г. В. Мамин$^1$, И. В. Фадеева$^2$, М. Р. Гафуров$^1$
В данной статье методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) исследован материал трикальцийфосфат (ТКФ) с примесями ионов гадолиния Gd3+, являющийся крайне перспективным в ортопедии и стоматологии из-за высокой биосовместимости с костной тканью человека и наличия таких важных свойств как остеокондуктивность и биорезорбция. Для контроля каждого этапа заживления и степени регенерации твердых тканей необходимо использовать физические методы визуализации (рентгенография, компьютерная томография (КТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ)) с помощью добавления контрастных веществ (Gd3+) к заменителю кости ТКФ. В ходе исследования было однозначно установлено, что гадолиний с валентностью 3+ встраивается в кристаллическую решетку ТКФ, не повреждая её и не изменяя локальное окружение. Симулирование спектров ЭПР разными наборами параметров тонкой структуры (кристаллического поля) указывает на наличие двух неэквивалентных позиций Gd3+ (при крайне малых концентрациях x = 0.001) с аксиальной и более низкой симметрией. Обнаружены и идентифицированы низкополевые резонансные поглощения с эффективными g-факторами 5.9, 2.8 и 2, относящиеся к высокоспиновым S = 7/2 центрам в ориентационно-неупорядоченных образцах.
Показать АннотациюСканирующая капиллярная микроскопия в исследовании опухолевых клеток и клеток крови
Сканирующая капиллярная микроскопия в исследовании опухолевых клеток и клеток крови
Т. О. Советников$^{1,4}$, И. В. Яминский$^{1,4}$, А. И. Ахметова$^{2,4}$, М. А. Тихомирова$^{2,3}$
Сканирующая ион-проводящая микроскопия или сканирующая капиллярная микроскопия (СКМ) – одна из методик сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ), основанная на использовании нанокапилляров. Основными преимуществами СКМ перед остальными методами СЗМ являются несиловое воздействие на объект исследования в процессе измерения, а также возможность проводить измерения в естественной среде – в жидкости, вследствие чего эта методика стала активно использоваться в биологических и медицинских исследованиях. Сегодня СКМ может использоваться для мультипараметрического анализа поверхности вещества и проходящих вблизи нее процессов. В биоприложениях СКМ самыми актуальными направлениями работ являются изучение живых систем с широким временным разрешением (от минут до дней) и разработка методик адресной доставки веществ к поверхности исследуемого объекта с целью изучения его отклика на внешнее воздействие. В данной работе представлены результаты исследования морфологии клеток карциномы человека и жизненного цикла эхиноцитов крови человека с помощью капиллярной микроскопии. Капиллярная микроскопия при этом позволяет не только визуализировать исследуемые объекты, но и дает возможность получать и использовать ряд экспериментальных данных в диагностических целях.
Показать АннотациюПерспективы использования субмикронных ферритовых магнитных частиц в онкологии
Перспективы использования субмикронных ферритовых магнитных частиц в онкологии
А. А. Лактионов$^1$, А. Ф. Алыкова$^{1,2,3,4}$, О. М. Алыкова$^1$, А. В. Рыбаков$^1$, В. В. Смирнов$^{1,5}$
В последние годы большое внимание исследователей привлекают возможности использования магнитных наночастиц для обеспечения трансфера лекарственных средств к областям, затронутым злокачественными новообразованиями. Такое решение может быть организовано путем помещения нанодоз лекарства в полимерную или белковую оболочку с добавлением наночастиц ферритов с высокими значениями коэрцитивной силы. В этом случае становится возможным управление высвобождением лекарства за счет локального нагрева магнитным полем. В работе рассмотрена возможность получения наноразмерных частиц ферритов для включения их в состав таких наноконтейнеров и экспериментам по их разогреву переменным магнитным полем в составе различных биосовместимых суспензий. Размеры частиц до и после механической обработки в высокоэнергетической шаровой мельнице были измерены с использованием метода сканирующей электронной микроскопии. Полученные наночастицы смешивались с такими биологически совместимыми жидкостями, как реополиглюкин и глицерин с добавлением полиэтиленгликоля. Химический состав суспензии подтверждался методом КР-спектроскопии. В ходе экспериментов авторами измерялось время осаждения частиц ферритов в суспензиях. Полученные магнитные жидкости были помещены в переменное магнитное поле для определения возможности их разогрева. Результаты экспериментов позволяют говорить о перспективах использования данной технологии для создания наноконтейнеров.
Показать АннотациюВлияние структурированности ксерогелей [ZrYb]O2 – Al2O3 на адсорбционную активность
Влияние структурированности ксерогелей [ZrYb]O2 – Al2O3 на адсорбционную активность
А. Е. Пищулина$^1$, Н. Е. Вахрушев$^2$, И. И. Михаленко$^1$, А. А. Ильичёва$^2$, Л. И. Подзорова$^2$, А. А. Коновалов$^2$, А. М. Гордиенко$^3$
В работе установлено влияние температуры золь-гель синтеза (ЗГС) на структурные, морфологические и адсорбционные свойства ксерогелей состава 65%мол.[97%ZrO2–3%Yb2O3]–35%Al2O3, полученных в присутствии полимера при 10о (1), 25о (2), 60°С (3) и высушенных при 180оС. Исследование рентгеноаморфных гидратированных ксерогелей комплексом методов (ТГ/ДСК, ИКС, СЭМ, РФА, МУРР, БЭТ/БДХ) показало их различия по составу поверхностных комплексов, морфологии и размерным характеристикам. У образца 3 морфология, форма и размер пор отличались от других образцов, данный образец имел наименьшую адсорбционную активность в отношении дихромат иона. Значения удельной поверхности и объема пор ксерогелей уменьшаются в ряду образцов 1-2-3, т.е. с повышением температуры ЗГС. Получена корреляция между удельной поверхностью ксерогелей и средним объемом рассеивающих частиц, определенным методом малоуглового рентгеновского рассеивания (МУРР). Показана возможность получения при пониженной температуре ксерогелей с мономодальным распределением неоднородностей ~ 7 нм и пор ~ 4 нм по размерам, высокими значениями объема пор ~ 0.326 см3/г и площади удельной поверхности ~ 427 м2/г. Данные изучения кинетики адсорбции дихромат-ионов из водной среды указывают, что наилучшим в степени извлечения и адсорбции, отнесенной к единице массы сорбента, является образец, синтезированный при 25оС.
Показать АннотациюМикролинзовая микроскопия сверхвысокого разрешения
Микролинзовая микроскопия сверхвысокого разрешения
И. В. Яминский, С. А. Сенотрусова, А. И. Ахметова
Оптическая микроскопия является одним из самых распространенных и удобных методов получения изображения образца без его сложной предварительной обработки при этом в реальном времени и с разрешением, недоступным человеческому глазу. Однако разрешающая способность любого современного обычного оптического микроскопа ограничена дифракционным пределом, который в видимом свете составляет около 200 нм. Чтобы увеличить ее, а также преодолеть данное ограничение, предлагается использовать микролинзы. Микролинза – оптическая линза микронного размера, позволяющая получить изображение за счет «захвата» световых волн в ближнем поле, отраженных от предмета. Располагаясь между образцом и объективом микроскопа, микролинза является оптическим усилителем, повышающим разрешающую способность микроскопа. В предлагаемой работе приведены результаты экспериментов по преодолению дифракционного предела в оптической микроскопии с помощью использования микролинз в обычном оптическом микроскопе. Перспективы использования оптических микроскопов с микролинзами заключаются в достижении новых возможностей для получения изображений бактерий, вирусов, ДНК и биомакромолекул с подробным изучением их структуры в реальном времени.
Показать АннотациюОптические свойства водных суспензий нанокомпозитных частиц на основе кремния с осажденными плазмонными металлами
Оптические свойства водных суспензий нанокомпозитных частиц на основе кремния с осажденными плазмонными металлами
А. В. Корнилова$^{1,2}$, В. Ю. Тимошенко$^{1,2}$
Численно решалась задача рассеяния света на диспергированных в воде сферических наночастицах кремния с диаметрами от 90 до 170 нм с осажденными на них наночастицами золота и серебра с диаметрами от 5 до 20 нм, в результате чего получены распределения электрических полей и спектры сечений поглощения и рассеяния света в диапазоне от 300 до 900 нм. Выявлены условия максимального роста напряженности электрического поля вследствие связанных резонансов рассеяния Ми в кремниевых наночастицах и локализованных плазмонов в металлических наночастицах. Установлено, что в нанокомпозиных наночастицах по сравнению со случаем аналогичных частиц чистого кремния или металлов происходит рост напряженности электрического поля и сечения поглощения света в видимой и ближней инфракрасной области спектра, в том числе, соответствующей максимальной области прозрачности биотканей. Полученные результаты могут быть использованы в биосенсорике и биофотонике.
Показать Аннотацию