Известия академии инженерных наук 2014 №2

ISSN 2307-163Х

NEWS ACADEMY OF ENGINEERING SCIENCES

A.M. PROKHOROV

№ 2 ∙ 2014

ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ

ИНЖЕНЕРНЫХ НАУК им. А.М. ПРОХОРОВА

Учредители: ООО «Научтехлитиздат» ООО «Мир журналов»

Свидетельство о регистрации: СМИ ПИ № ФС77-50416 от 25.06.2012

Подписные индексы: ОАО «Роспечать» 83189«Пресса России» 10358ISSN 2307-163X

Главный редактор: Ю.В. Гуляев, Академик РАН

Зам. главного редактора Собко А.А., канд. физ.-мат. наукДмитриев С.М., д-р техн. наук

Ответственный секретарь:Э.Н. Муравьев, чл.-корр. АИН

Редакция: В.Б. Гончарова, Н.Н. Годованец, Е.А. Боброва, И.Ю. Шабловская, В.С. Сердюк

Редакционная коллегия:Алферов Ж.И., акад. РАН, д-р физ.-мат. наукГуляев Ю.В., акад. РАН, д-р физ-мат. наукМоисеенко В.Г., акад. РАН, доктор геол.-минер. наукОсико В.В., акад. РАН, д-р физ-мат. наукСергиенко В.И., акад. РАН, д-р хим. НаукФортов В.Е., акад. РАН, д-р физ.-мат. наукЩербаков И.А., акад. РАН, д-р физ.-мат. наукЖабрев В.А., чл.-корр. РАН, д-р хим. наукКойфман О.И., чл.-кор. РАН, д-р хим. наукЛысак В.И., чл.-кор. РАН, д-р техн. наукРыбин В.В., чл.-корр. РАНБичурин М.И., д-р физ.-мат. наукБогдасарян А.С., д-р физ.-мат. наукБондаренко Г.Г., д-р физ.-мат. наукБурдаков В.П., д-р техн. наукГромов Ю.Ю., д-р техн. наукДмитриев С.М., д-р техн. наукДубров Э.Я., д-р мед. наукЗахаревич В.Г., д-р техн. наукИванютин Л.А., д-р техн. наук Казарян М.А., д-р физ.-мат. наукКубарев Ю.В. д-р техн. наукКустов Е.Ф., д-р физ.-мат. наукЛапаев Д.Н., д-р эконом. наукЛегуша Ф.Ф., д-р физ.-мат. наукЛисиенко В.Г., д-р техн. наукМорозов В.В., д-р техн. наукНефедов Е.И., д-р физ.-мат. наукОчкин В.Н., д-р физ.-мат. наукПроклов В.В., д-р физ.-мат. наукПрохоцкий Ю.М., д-р техн. наукРухадзе А.А., д-р физ.-мат. наукСамхарадзе Т.Г., д-р техн. наукСинев С.Г., д-р техн. наукСобко А.А., канд. физ.-мат. наукСолинов В.Ф., д-р техн. наукСтаровойтов А.В., д-р техн. наукСухарев Е.М., д-р техн. наукТравкин Н.Н., канд. хим. наукЧугуй Ю.В., д-р техн. наукШокин А.А., д-р техн. наук

Дизайн и верстка: Б.Е. ГолишниковСтатьи, поступающие в редакцию, рецензируются

Адрес редакции:107258, Москва, Алымов пер., д. 17, корп. 2 Редакция журнала «Известия академии наук»Тел.: 8 (985) 233-07-98E-mail: [email protected]Подписано в печать 19.05.2014Формат 60х88 1/8. Бумага мелованная матоваяПечать офсетная. Усл.-печ. л. 14,6. Уч.-изд. л. 14,9. Заказ № ИА-107. Тираж 250 экз.

Издатель: ООО «Научтехлитиздат» 107258, Москва, Алымов пер., д. 17, корп. 2Оригинал-макет и электронная версия подготовлены ООО «Научтехлитиздат»Отпечатано в типографии ООО «Научтехлитиздат»107258, Москва, Алымов пер., д. 17, корп. 2Тел.: 8 (985) 233-07-98

Содержание

АкАдемии инженерных нАук им. А.м. ПрохоровА

ИзвестИя№ 2 ⋅ 2014

научный журнал

В.Н. Никифоров, В.В. Ржевский

К вопросу упругих напряжений в высоКотемпературных сверхпроводниКах 3

Курбатов Леонид ниКоЛаевич – выдающийся ученый в обЛасти фото- и оптоэЛеКтрониКи (1913–2004) 18

И.Н. Мирошникова

фотоэЛеКтричесКие приемниКи иК-изЛучения: история разработКи 20

Е.С. Лукин Н.А. Попова, Е.В. Ануфриева М.Н. Сафина, Е.И. Горелик И.Н. Сабурина, Э.Н. Муравьев

современная оКсидная КерамиКа и обЛасти ее применения 30

Д.С. Иванов

энергомодеЛирование КаК инструмент анаЛиза энергоэффеКтивных зданий 40

Д.М. Кустов, А.В. Бундюк Е.О. Гончаров, И.С. Курчатов

иК Лазеры на поЛупроводниКах AIIBVI и AIIIBV с ионами Co2+ 49

В.А. Порев, Г.В. Порев

Компенсация систематичесКой погрешности измерения температуры поверхности зоны пЛавКи 53

бритов аЛеКсандр дмитриевич – 75-ти Летний юбиЛей, 50 Лет в науКе 58

В.А. Порев В.И. Дунаевский, К.М. Божко

термографичесКий КонтроЛь соЛнечных эЛементов и батарей в режиме стабиЛизации нагрева темновым тоКом 60

Founder and Publisher: Ltd. The Publishing House«Nauchtehlitizdat»LLC «World magazines»

Certificate of Registration of Media: PI № ФС77-50416 from 25.06.2012

Subscription numbers: The Public Corporation «Rospechat» 83189«Pressa Rossii» 10358ISSN 2307-163X

Editor in Chief: Ju.V. Guljaev, acad. RAS

Deputy Editor in chief: A.A. Sobko, Cand. of Phys.-Math. SciencesS.M. Dmitriev, Doctor of Tech. Sciences

Executive Secretary:E.N. Murav'ev, Corresponding Member AIS

Editorial Staff: V.B. Goncharova, N.N. Godovanec, E.A. Bobrova, I.Ju. Shablovskaja, V.S. Serdjuk

Editorial Board:Alferov Zh.I., (Russia)Guljaev Ju.V., (Russia)Moiseenko V.G., (Russia)Osiko V.V., (Russia)Sergienko V.I., (Russia)Fortov V.E., (Russia)Shherbakov I.A., (Russia)Zhabrev V.A., (Russia)Kojfman O.I., (Russia)Lysak V.I., (Russia)Rybin V.V., (Russia)Bichurin M.I., (Russia)Bogdasarjan A.S., (Russia)Bondarenko G.G., (Russia)Burdakov V.P., (Russia)Gromov Ju.Ju., (Russia)Dmitriev S.M., (Russia)Dubrov Je.Ja., (Russia)Zaharevich V.G., (Russia)Ivanjutin L.A., (Russia) Kazarjan M.A., (Russia)Kubarev Ju.V. (Russia)Kustov E.F., (Russia)Lapaev D.N., (Russia)Legusha F.F., (Russia)Lisienko V.G., (Russia)Morozov V.V., (Russia)Nefedov E.I., (Russia)Ochkin V.N., (Russia)Proklov V.V., (Russia)Prohockij Ju.M., (Russia)Ruhadze A.A., (Russia)Samharadze T.G., (Russia)Sinev S.G., (Russia)Sobko A.A., (Russia)Solinov V.F., (Russia)Starovojtov A.V., (Russia)Suharev E.M., (Russia)Travkin N.N., (Russia)Chuguj Ju.V., (Russia)Shokin A.A., (Russia)

Design, Make-Up: B.E. GolishnikovArticles submitted articles are reviewed

Editorial office address:107258, Moscow, Alymov per., 17, bldg. 2 Еditors «New academy of engineering sciences»Phone: 8 (985) 233-07-98E-mail: [email protected] to the press: 19.05.2014Format 60х88 1/8. Matt coated paperOffset printing. Conv. printer’s sheets 14,6. Uch.-ed. l. 14,9. The order № ИА-107. Circ. 250 экз. The layout and the electronic version of the journal are made by ltd. the Publishing House «Nauchtehlitizdat»Printed in ltd. The publishing house «Nauchtehlitizdat» 107258, Moscow, Alymov per., 17, bldg. 2Phone: 8 (499) 233-07-98

Content

ACAdEmy of EnginEEring SCiEnCES A.m. Prokhorov

newsScientific Journal

№ 2 ⋅ 2014

V.N. Nikiforov, V.V. Rzhevskij

on the questIon of elAstIC stresses In hIgh-temperAture superConduCtors 3

KurBAtoV leonId nIKolAeVICh – outstAndIng sCIentIst In the fIeld of photo-And optoeleCtronICs (1913–2004) 18

I.N. Miroshnikova

photoeleCtrIC deteCtors of InfrAred rAdIAtIon: hIstory of deVelopment 20

E.S. Lukin N.А. Popova, E.V. Anufrieva M.N. Safina, E.I. Gorelik I.N. Saburina, E.N. Muravyov

noVel oxIde CerAmICs And fIelds of Its ApplICAtIon 30

D.S. Ivanov

energy modelIng As A tool for AnAlysIs of energy effICIent BuIldIngs 40

D.M. Kustov, A.V. Bundyuk E.O. Goncharov, I.S. Kurchatov

Ir lAsers of semIConduCtors AIIBVI AIIIBV wIth Co2+ Ions 49

V.A. Poryev, G.V. Poryev

CompensAtIon of the systemAtIC error In temperAture meAsurement of the surfACe In zoned meltIng 53

BrItoV AlexAnder dmItrIeVICh – 75-th AnnIVersAry, 50 yeArs of sCIenCe 58

V.A. Poryev V.I. Dunaevskiy, K.M. Bozhko

thermogrAphIC eVAluAtIon of the solAr Cells And pAnels In the heAt stABIlIzIng mode usIng dArK Current 60

3

1. Проблема упругих напряжений в ВТСП

в настоящее время практическое применение вы-сокотемпературной сверхпроводимости существен-но ограничено ввиду отсутствия высококачествен-ных слоев высокотемпературных сверхпроводников (втсП). Их широкое внедрение в производство огра-ничивается число факторов, одним из которых яв-ляется отсутствие подложки с нужными структур-ными и физическими свойствами. в настоящей работе оцениваются величины механических на-пряжений на границе раздела между подложкой и слоем YBa2Cu3O7-x и их влияние на свойства слоя. Основным способом получения слоев YBa2Cu3O7-x является метод термического испарения в вакууме на различных диэлектрических субстратах (табл. 1 в работе [5]) [1–3]. слои этого материала имеют тол-щину приблизительно от 1 до 100 мкм, текстуриро-ванную структуру, пористость близкую к нулю, и характеризуются высокой плотностью дислокаций N = 106–109 см–2, что значительно выше, чем, напри-мер, для пленок в полупроводниковых гетерострукту-рах (где N = 103–105 см–2). влияние подложки на свой-ства структурного совершенства пленок YBa2Cu3O7-x было указано в [1–3]. трещины наблюдались для пленок, нанесенных на подложки из Аl2O3 или MgO (разность между коэффициентов линейного расши-рения втсП слоем и подложкой 5.6 × 10–4 K–l ). в то

же время они не возникают в слоях полученных ана-логичным способом, при нанесении на CrAlY суб-стратов (разность между коэффициентов линейного расширения втсП слоем и подложкой 0.4 × 10–4 K–1) [2]. Опыт по приготовления высококачественных полупроводниковых гетероструктур показал, что в случае, когда наращиваемый слой (1) и подложка (2) имеют одинаковые кристаллические структуры, и основными факторами, определяющими степень со-вершенства слоя, является как различие между пара-метров кристаллической решетки, так и их линейные коэффициентов теплового расширения [4].

Для больших различий между параметрами Δа, напряжения несоответствия возникают в слоях, и термоупругие напряжения возникают при боль-ших значениях Δa. Прямые оценки напряжения на поверхности раздела между втсП слоем и под-ложкой невозможно провести по этой схеме, из-за несоответствия структуры материалов в контакте: кристаллические материалы с преимущественно кубической симметрией решетки (табл. 1 в рабо-те [5]) используют в качестве подложки, в то вре-мя как сверхпроводниковой пленкой является по-ликристалл. тем не менее, можно приблизительно оценить напряжения в изотропном приближении. в этом приближении упругие свойства среды опре-деляются модулем Юнга E и коэффициент Пуассо-на ν, а напряжение σ в слое-подложка может быть представлено в виде [4]

В.Н. НИКИфОРОВ – доцент кафедры физики низких температур и сверхпроводимости E-mail: [email protected]В.В. РжЕВСКИй – доцент кафедры физики низких температур и сверхпроводимостиE-mail: [email protected]Физический факультет мГу имени м.в.Ломоносовамосква, российская Федерация

К вопросу упругих напряжений в высоКотемпературных сверхпроводниКах

Анализируются упругие свойства керамик и монокристал-лов ВТСП. Напряжения несоответствия и термо-упругие на-пряжения в ВТСП слоев 1-2-3, выращенных на различных подложках рассматриваются с использованием данных уль-тразвуковых измерений модуля Юнга в YBa2Cu3O7-x. Анали-

зируется вклад напряжений несоответствия в формирова-ние деформации слоя ВТСП.Ключевые слова: упругие свойства, высокотемпературные сверхпроводники, упругие и неупругие напряжения, плен-ки, модуль Юнга.

V.N. NIKIFOROV – Associate Professor E-mail: [email protected]. RzhEVSKIj – Associate ProfessorE-mail: [email protected] of Physics, moscow State University, department of Low Temperature Physics and Superconductivitymoscow, russian federation

on the questIon of elAstIC stresses In hIgh-temperAture superConduCtors

Analyzed the elastic properties of HTSC single crystals and ce-ramics. Misfit stresses and thermo-elastic stresses in HTSC 1-2-3 layers grown on different substrates treated using the data of ultrasonic measurements of Young’s modulus in YBa2Cu3O7-x.

Analyzed the contribution of misfit stresses to the formation of deformation HTSC layer.Key words: elastic properties, high temperature superconduc-tors, the elastic and inelastic stresses, films, Young’s modulus.

ИзвестИя

4

академии инженерных наук им. а.м. Прохорова [email protected]

σ =E × f × (1 – ν) × Δa

где f = Δa / а. Абсолютные значения е и ν могут быть опреде-

лены экспериментально (для высококачественных поликристаллических образцов) или рассчитаны (см. ниже) для известных значений модулей упруго-сти YBa2Cu3O7-x монокристаллов.

2. Упругие свойства ВТСП

Исследованию упругих свойств втсП посвящено уже более трехсот работ, опубликован ряд обзоров [6–9]. Особый интерес вызывают те работы, которые позволяют получить:

а) характерные особенности упругих свойств высо-котемпературных сверхпроводников в нормаль-ной и сверхпроводящей фазах, указывавшие на возможные механизмы реализации высокотемпе-ратурной сверхпроводимости.

б) сведения о возможных структурных фазовых пре-вращениях в втсП.

следует отметить, что многие авторы не огра-ничиваются измерением упругих параметров дан-ных материалов и перечислением характерных температур упругих аномалий, и делают попытку дать ответ на вопросы о происхождении явления втсП. Предположение авторов открытия, Беднор-ца и Мюллера [10], о том, что определяющую роль в генезисе высокотемпературной сверхпроводи-мости играет смягчение фононных мод в области температур, близких к температуре структурного фазового перехода, получило развитие в много-численных исследованиях, ориентированных на обнаружение структурных фазовых превращений. Были обнаружены аномалии на температурных за-висимостях скоростей звука и затухания (упругих модулей и внутреннего трения) в области темпера-тур выше и ниже температуры сверхпроводящего перехода тс. К сожалению, наличие противоречий в данных по акустическим аномалиям в втсП не приблизило к пониманию природы явления. Причи-на противоречий, по-видимому, заключается в объ-ективных трудностях работы с втсП-керамиками и втсП-монокристаллами малых размеров, а также в сложности самого объекта исследования, в котором помимо сверхпроводящего перехода могут иметь место структурные неустойчивости кристалличе-ской решетки, а также магнитные ориентационные фазовые переходы [11–14].

своеобразие втсП как объекта ультразвуко-вых исследований заключается также и в том, что

в отличие от классических металлических «низ-котемпературных» сверхпроводников объекты ис-следования – втсП имеют структуру изотропных керамик или упруго-анизотропных поликристаллов. Что касается монокристаллов втсП, то они появи-лись сравнительно недавно и имеют весьма малые (~ 1 мм) размеры.

Ключ к пониманию многочисленных, порой не-однозначных экспериментальных данных, лежит в установлении взаимосвязи между акустическими свойствами объектов втсП и такими их харак-теристиками, как условия приготовления, термо-обработка, микроструктура образцов, плотность образцов, начальная стехиометрия по кислороду и ее изменения, присутствие посторонних фаз и включений, концентрация линейных и двумерных дефектов. в разделе 2.1 изложен ряд теоретических представлений по акустике втсП-соединений. Приводится вид тензоров модулей упругости для изотропных керамик, для прессованных керамик (подвергнутых формовке), а также для монокри-сталлов втсП, имеющих ромбическую и тетраго-нальную симметрии. Дополнительно обсуждаются некоторые термодинамические соотношения и дру-гие сведения, которые могут оказаться полезными при постановке задач и интерпретации экспери-ментальных данных по упругим свойствам втсП- соединений. в разделе 3 приводятся основные экс-периментальные данные и таблица акустических параметров.

2.1 Теоретические аспекты проблематики упругих свойств ВТСП

Подобно обычным керамическим материалам, втсП-керамики приготовляются из оксидных по-рошков, а затем подвергаются прессованию и спека-нию. состояние исходного порошка, условия синтеза оказывают сильное влияние на плотность и микро-структуру образцов. Известно, что пористость сни-жает упругие модули керамики, в частности, для ке-рамики YBaCuO скорость звука увеличивается до 30 % (рис. 1) с уменьшением пористости [15]. в ра-ботах [16–18] развиты способы учета пористости и расчета величин модулей упругости для «нулевой» пористости. Обозначим p через пористость, тогда формулы Маккензи [16], в предположении сфериче-ских пор, для модуля всестороннего сжатия B и мо-дуля сдвига G (в случае нулевой пористости, p = 0, – B G0 0, ) имеют вид:

( ) / { ( ) / [ ( )]} ( )B B B p B G G p p0 0 0 0

33 4 1 0− = + − + (1)

№ 2 ⋅ 2014 академии инженерных наук им. а.м. ПрохороваИзвестИя

5

( ) /

[ ( ) / ( )] ( ).

G G G

p B G B G p

0 0

0 0 0 0

25 3 4 9 8 0

− =

= + + + (2)

Они дают хорошее приближение при пористости ± ≤p 10% . в таблице 3 приведены результаты пере-

счета величин модулей упругости керамики YBaCuO по формулам (1–2) для нулевой пористости.

2.1.1. Особенности поглощения ультразвука в изотропной поликристаллической керамике

Характерные средние размеры зерен обычно в 4–5 раз превышают размер исходных частиц (до спе-кания порошка) и обычно составляют для различных соединений втсП от 5 до 100 мкм. в работе [19] по-казано, что соотношение между характерным разме-ром отдельных кристаллитов ( a ) и длиной волны звука (λ ) определяет особенности поглощения звука в поликристаллической среде.

Отметим, что несмотря на технологическую воз-можность получения сверхвысоких частот -100 ГГц [20], как правило, реализуется случай λ >> a , при-чем возможны два предельных случая:

1) ω <<χ / a2 (почти изотермические колебания), где: ω – частота звука, χ κ= / C – температуропроводность, κ – коэффициент теплопроводности, C – усредненная теплоемкость единицы объема, a2 / χ – время в течение которого происходит вы-равнивание температур на расстоянии порядка раз-мера кристаллита (а) из-за теплопроводности.

в этом случае коэффициент поглощения звука имеет вид:

γ ~ ( / )T va Cαρ χ ω2 2 (3)

здесь: T – температура, α – коэффициент теплового расширения, ρ – плотность, v – скорость звука.

2) ω >> χ / a2 (за каждый период не успевает произойти выравнивание температур между зерна-ми, от их границ распространяются температурные волны, затухающие на расстоянии δ ~ ( / ) ,

/χ ω 1 2 δ << a ), тогда,

γ ~ ( / )( )/T v aCα ρ χω2 1 2 (4)

если λ << a , то поглощение звука в каждом кри-сталлите осуществляется также, какв монокристал-ле, и коэффициент поглощения γ ~ω2 .

следовательно, имеем три области частот различ-ного поведения γ :

ω <<χ / a2 , γ ~ω2 ;

χ / a2 <<ω << v a/ , γ ~ω1 2/ ; (5)

ω >> v a/ , γ ~ω2 ;

2.2. Упруго-анизотропная поликристаллическая керамика

Обычно поликристаллические тела трактуются как изотропные. вместе с тем, в отдельных задачах, та-ких как:а) поглощение звука в поликристаллах (см. п. 2.1),б) установление связи между макроскопическими

модулями упругости поликристалла и компо-нентами тензора модулей упругости отдельного кристаллита, представляющего собой монокри-сталл, и в ряде других задач, важную роль играет микроскопически неоднородная структура поли-кристаллов и вызываемые ею дополнительные напряжения [21].Можно выделить следующие характерные случаи

малой неоднородности:1. слабоанизотропные поликристаллы. Ориента-

ции кристаллитов близки к равновероятному распре-делению. в пределе это изотропное тело, с двумя не-зависимыми упругими постоянными c1 и c2 . в этом случае:модуль сдвига G c= 2 ;модуль всестороннего сжатия B c G= −1 4 3( / ) ; (6)модуль Юнга E GB B G= +9 3/ ( ) ;коэффициент Пуассона σ = −( / )E G2 1 ;

2. Малый разброс в ориентациях кристаллитов. Примером является сильно текстурированный по-ликристалл с одной ярко выраженной преимуще-ственной ориентацией кристаллитов. в пределе это монокристалл (причем его симметрия отвечает сим-метрии отдельного кристаллита).

Анизотропию упругих свойств характерную для сверхпроводящих керамик можно отнести к третье-му случаю.

3. Ориентации кристаллитов упорядочиваются (как и в случае 2), разброс в ориентации кристал-литов незначителен: имеется выделенное направ-ление, в качестве которого выступает направление прессования. в пределе это подобие монокристал-ла, причем его геометрия связана с решеткой от-дельного кристаллита специальным образом.

в текстурированных (sintered-forged) втсП-ке-рамиках 123 преимущественным направлением ори-ентации кристаллитов служит направление, парал-лельное оси c, [22–24]. в этом случае тензор упругих модулей можно представить в виде:

ИзвестИя

6


cij=

с11 с12 с12 0 0 0

(7)

с12 с11 с12 0 0 0

с12 с12 с33 0 0 0

0 0 0 с44 0 0

0 0 0 0 с44 0

0 0 0 0 0 A44

2.3. Монокристаллы ВТСП

Установлено, что соединения ReBa Cu O x2 3 7− (Re = Y, Gd, Но, Eu и др.) родственны по структуре перовски-ту ABO3 , с тем отличием, что в них существуют мно-гочисленные кислородные вакансии. в зависимости от упорядочения кислородных вакансий они могут иметь ромбическую или тетрагональную симме-трию. Упругие модули втсП-монокристаллов, име-ющих ромбическую симметрию (ReBa Cu O x2 3 7− , La Sr CuOx x1− ) определяются девятью независимыми компонентами тензора:

cij=

c11 с12 с13 0 0 0

(8)

с12 с22 с23 0 0 я

с13 с23 с33 0 0 0

0 0 0 с44 0 0

0 0 0 0 с55 0

0 0 0 0 0 с66

Для того, чтобы получить полный набор этих ком-понентов необходимо произвести ультразвуковые из-мерения скоростей продольного и поперечных звуков не менее чем в трех соответствующих направлениях.

в втсП монокристаллах, в нормальном состоя-нии обладающих тетрагональной симметрией (в YBa Cu O x2 3 7− для ± ≤x 6 4. ) число независимых упругих модулей равно 6.

cij=

с11 с12 с13 0 0 0

(9)

с12 с11 с13 0 0 0

с13 с13 с33 0 0 0

0 0 0 с44 0 0

0 0 0 0 с44 0

0 0 0 0 0 с66

здесь желательны измерения продольного и по-перечного ультразвука в направлениях: [001], [100], [110]:

для q || [001] v v ct t1 2 44

1 2= = ( / ) ;/ρ

v cl = ( / ) ;/

33

1 2ρ (10)

для q || [100] v ct1 44

1 2= ( / )/ρ ;

v ct2 66

1 2= ( / ) ;/ρ (11)

v cl = ( / ) ;/

11

1 2ρ

для q || [110] v ct1 44

1 2= ( / ) ;/ρ

v c ct2 11 12

1 2= −[( ) / ] ;/ρ (12)

v c c cl = + +[( ) / ] ;/

11 12 66

1 22 2ρ

Для получения шестого независимого модуля c13 требуются дополнительные измерения еще в одном произвольном направлении.

Измерение скоростей звука в монокристаллах втсП может дать помимо количественных данных по упругим свойствам также важную информацию о физических явлениях в втсП.

в области сверхпроводящего перехода ниже Tc электронный вклад в затухание звука, его темпера-турная зависимость позволяет исследовать особен-ности энергетического спектра. в частности, соглас-но теории БКШ по температурной зависимости затухания можно оценить величину кулоновской щели Δ ( )T и ее анизотропию.

Для продольного звука при ωτ>>1, [25],

γ γ1 1 1 1s n T kT/ / (exp[ ( ) / ] )= +∆ (13)

здесь γ1n и γ1s – коэффициенты поглощения про-дольного звука в нормальном и сверхпроводящем состояниях.

2.4. Термодинамические соотношения

Оценим относительное изменение модуля всесто-роннего сжатия B при N S− переходе.

Разность свободных энергий нормального и сверхпроводящих состояний имеет вид [26]:

F F V H Tn s s c− = ( / ) ( )2 0

2µ (14)

где F Fn s, – соответствующие свободные энергии,Vs – объем образца в сверхпроводящем состоянии,H Tc ( ) – критическое магнитное поле.

Используя стандартные термодинамические соот-ношения можно получить следующее выражение [11]:

∆ ∆B B C T B dT dpp c c/ ( / ) ( / )= − 2 (15)

где p – давление, B – объемный модуль, ∆B B Bn s= − – разность объемных модулей в нор-мальном и сверхпроводящем состояниях,∆C C Cp pn ps= − – скачок теплоемкости на единицу объема.


7

2.5. Аномалии упругих модулей при структурном фазовом переходе. «Мягкая мода»

Ряд авторов [12, 27, 28] предполагают, что к особен-ностям втсП прежде всего относится сосущество-вание сверхпроводящего перехода и структурных фазовых переходов.

в связи с этим, ультразвуковые исследования, об-ладающие высокой чувствительностью к структур-ным фазовым переходам весьма актуальны и могут сыграть конструктивную роль в исследованиях при-роды втсП.

в основе интерпретации экспериментальных дан-ных лежит теория фазовых переходов Ландау–Де-воншира [29] и представление «мягкой моды».

с точки зрения последней, [30], структурный фазо-вый переход рассматривается как неустойчивость кристалла относительно некоторой нормальной моды, частота которой уменьшается до нуля при T Ts= :

ωr q2( ) ~ ν( ) /T T Ts s− , T Ts>

Ts – критическая температура структурного фазово-го перехода, r – номер ветви колебаний, ν – коэффициент пропорциональности.

Дисторсия кристалла в низкосимметричной фазе стабилизирует эту r -моду, а само искажение кри-сталлической решетки описывается как «заморажи-вание» амплитуды нормальной моды.

в том случае, когда деформация, является основ-ным параметром порядка, скорость ультразвука при T Ts→ , ( )T Ts> уменьшается до нуля.

Чаще, деформация связана с квадратом упорядо-чивающейся координаты и представляет собой вто-ричный параметр порядка.

Отметим важные выводы из взаимодействия па-раметра порядка и деформации [30, 31]:

1. величина эффектов, обусловленных связью параметра порядка и деформации определяется выражением:

[ / ( )][ ( ) / ]1 T dT p dps sρ ,

то есть зависимостью критической температуры структурного фазового перехода от давления.

2. При наличии сильной связи (большие[ / ( )][ ( ) / ]1 T dT p dps sρ многие структурные измене-ния являются переходами первого рода с достаточно большим температурным гистерезисом. Действи-тельно, перенормировка константы взаимодействия за счет связи параметра порядка с деформацией мо-жет уменьшить константу взаимодействия и в конеч-ном счете сделать ее отрицательной, приведя тем са-

мым к возможности фазового перехода первого рода. Например, упругая неустойчивость, вызванная пере-нормировкой модуля объемного сжатия B , может произойти раньше, чем возникает структурный фазо-вый переход, [32].

3. При структурном фазовом переходе модули упругости стремятся к нулю ( b – коэффициент про-порциональности):

B ~b T T Ts s| ( ) / |− α

причем, здесь критический индекс α – это тот же самый индекс, который характеризует изменение те-плоемкости при структурном фазовом переходе. Обычно эти сингулярности трудно наблюдаемы из-за вызванного дефектами размытия измеряемых пара-метров в области Ts . тем не менее, следует учиты-вать, что критическое поведение теплоемкости свя-зано с аномалиями упругих свойств [33, 34].

в заключение приведем характерный ход темпе-ратурной зависимости упругих модулей cz при сФП в простых случаях [35].

Рис. 1 Температурная зависимость упругих модулей при СФП

a – связь между параметром порядка и деформацией линейна (случай, когда деформацию можно рассматри-вать в качестве основного параметра порядка);

b – деформация – вторичный параметр порядка, она связа-на с квадратом упорядочивающейся координаты;

с – квадратичная деформация связана с линейной коорди-натой параметра порядка

Tc

cz

T

c

b

a

ИзвестИя

8


в работе [14] получены экспериментальные дан-ные по смягчению упругих модулей вблизи сФП (тетрагональная – ромбическая симметрия) в LaSrCuO . Приведенная в ней температурная зави-симость упругого модуля c66 соответствует правой ветви (а) на рисунке 1. (заметим, что при рассмо-трении структурного фазового перехода речь шла об изотермическом модуле B , а ультразвуковые из-мерения дают в адиабатические. Разность может оказаться важной при определении Ts структурного фазового перехода).

таким образом, для выяснения природы и особен-ностей фазовых структурных переходов, для интер-претации данных ультразвуковых измерений возни-кает необходимость дополнительных сведений по изменению Ts с давлением, теплоемкости Cp как функции ( ) /T T Ts s− .

3. Экспериментальные данные по упругим свойствам BTCП

Механические свойства являются важными параме-трами, определяющими возможность использования втсП в приборных устройствах. такие параметры как твердость, модули упругости, скорость звука, как уже отмечалось, во многом определяются технологи-ческими условиями синтеза и термообработки втсП-соединений [36]. важной характеристикой яв-ляется плотность керамик. так, упругие модули ма-териалов втсП-керамик меньше в «рыхлых» кера-миках [см. п. 3.3] с высоким коэффициентом пористости. Кроме того установлена зависимость упругих свойств от условий отжига [37], однако дан-ный вопрос еще изучен недостаточно полно, К опре-деленным затруднениям при механических испыта-ниях приводит хрупкость материала керамик втсП. Например, способность к образованию микротре-щин у YBa Cu O x2 3 7− более высокая, чем у перовски-та – BaTiO3 , имеющего сходную кристаллическую структуру.

Повышенная влажность среды приводит к мед-ленному разрушению втсП- керамик YBaCuO за счет роста трещин, что подтверждается опытами по определению твердости материала по виккерсу. в воде длина трещины значительно превосходит ана-логичную длину для образца, исследованного в воз-духе. Из данного опыта можно сделать вывод о том, что влажность интенсифицирует рост трещин, что и приводит к медленному разрушению BTCII-керамик YBa Cu O x2 3 7− .

Ряд трудностей при проведении экспериментов по исследованию механических свойств возникает из-за определенной «капризности» объекта иссле-дования: имеются сообщения о влиянии на резуль-

таты эксперимента таких факторов, как cостав га-зовой среды окружающей образец (преимущество отдается гелию-4) [37], термоциклирование [38], возникновение термических градиентов [39], меха-нических напряжений, границ двойникования [40] и ряда других факторов.

3.1. Таблица упругих характеристик ВТСП-керамик

таблица содержит экспериментальные данные, ос-нованные на работах, номера которых указаны в первой графе. значения всех параметров приводят-ся для комнатной температуры, если это не оговоре-но особо (в этом случае температура указана в скоб-ках). значения частоты f указаны в мегагерцах, величины скоростей продольного vl и поперечно-го vt ультразвука – в 103 м/с. значения модулей объ-емного сжатия B B, 0 , модулей сдвига G G, 0 , Юнга E E, 0 приведены в ГПа. Индекс 0 соответствует ну-левой пористости, р = 0 %, учет пористости был произведен по формулам Маккензи (п.2.1.1); индек-сы «э», «п», «у» в графе «работа» таблицы означают соответственно экспериментальные данные, пере-счет на нулевую пористость и учет температурной зависимости скорости звука. (Последнее проведено по данным работы [7]). содержание кислорода ука-зывается индексом x , коэффициент Пуассона обо-значен ν . Обозначение экспериментальных мето-дов следующее:

1 – эхо-импульсный метод ;2 – вибрационный метод ;3 – метод составного резонатора;4 – метод фазового детектирования;5 – метод суперпозиции импульсов;6 – метод стоячих волн.

Как следует из таблицы I, использование пересче-та значений скоростей ультразвука и упругих моду-лей на нулевую пористость уменьшает разброс экс-периментальных данных. средние значения скоростей продольного vl и поперечного vt звуков с учетом пористости и температурного хода скоростей составляют для 300 К соответственно:

vl = 4.49∙103 м/с; vt = 2.77∙103м/с.

среднеквадратичные отклонения от средних зна-чений равны соответственно:

∆vl = 0.23∙103м/с; ∆vt = 0.12∙103м/с.

Для случая упруго-анизотропной поликристалли-ческой керамики YBa Cu O x2 3 7− (см. п. 2.1.3. в), фор-мула (7)) в работе [23] получены значения скорости звука при комнатной температуре:


9

YBa Cu O x2 3 7− Таблица I

Работа Метод f р, % x vl vl0 vt vt0

3512.9 32. 6

4. 87 3. 63

5. 272. 76 2. 06

2. 98

41 5 20 15 4.7

42 1 5–10 37 0 4. 27 2. 56

43 3–4 32 4. 32 2. 35

44 У

1 5 6 04.121(5 К) 3. 96

4. 247 4. 066

2. 583 (5 К)

2. 444

2. 672 2. 528

45 3 40 15–18

46 У

1 10,30 84. 4

(200K) 4.3

4. 58 4. 48

2 9 (200K) 2. 82

3. 05 2. 96

47 У

У

1 10, 30

22

8

3. 48 (250K)

3.424.98

(250К)4. 89

5. 21

5.12

2. 01 (250К)

1.96 2. 91

(250K)2.84

3.04

2. 97

48 4 50 3 4. 26 4. 32 2. 77 2.81

49 3 43.5 40 1.9

50 I10 5 5

15 18 5.6

4. 664 4. 067 4. 537 4. 66

2. 783 2. 507 2. 893 2. 99

51 1 ≤ 2528 24

0. 03 0.15

2.3 2. 41

52 1 10 6 4. 338

53

У

1 7010 5

2.17 3. 52

(220K) 3. 45

3. 61

3. 45

2.17 (220K) 2. 11

2.23

2.17

54 1 10 30 3.14

55 67

120.1 0.8

4.5 4.9

ИзвестИя

10


YBa Cu O x2 3 7− Таблица 2е \ q а b c

а ( / )/c11 1 2ρ

4.40∙103 [( ) / ]/c c11 12

1 22− ρ ( / )

/c44 1 2ρ2.66∙103

b [( ) / ]/c c11 12

1 22− ρ ( / )

/c11 1 2ρ4.40∙103

( / )/c44 1 2ρ

2.66∙103

с ( / )/c44 1 2ρ

2.66∙103( / )

/c44 1 2ρ2.66∙103

( / )/c33 1 2ρ

3.77∙103

здесь: q – волновой вектор, е – вектор поляризации, cij – упругие модули, ρ – плотность; численные значения скорости приведены в м/с

YBa Cu O x2 3 7− Таблица I (пРодолжение)

Работа Tc G G0 B B0 E E0 ν ν0

36 п п п э э

42.3

42. 4 18.3

56.556.654.6

75.4

75.5 32.4

101. 6 102 101

107.0

107 46.1

143. 0 143 139

0.26

0. 26 0. 26

0.27 0.26 0.27

41 91

42 26.3 38.2 64. 2 0. 22

43 35 72 91

44 э п

50.9 40.0 45.5 48.5 54.4 94.1

107.2 106. 8 0.18 0.17

45 39 104 115

46 п 49.4 59.2 47.8 54. 9 110.2 130.6 0.12 0.11

47 п э п э

91

86

20.1

49.7 59.0

33.5 33.6 79.379 94.5

50.3

123.3 146.4

0.25 0.25 0.24 0.24 0.24

48 47.5 50.6 49.0 51.7 107.7 114. 4 0.13 0.13

49

50 э э э п

42.0 32.9 50.4 56.9

62.0 42.7 56.8 62.9

102.8 78.5

116.7 131. 2

0.22 0.19 0.16 0.15

51 90 82

52 90.5

53 э п 85 28.5 31.7 37.0 40.9 68.1 75.6 0.19 0.19

54

55 90


11

3.2. Таблица зависимости упругих свойств керамик от всестороннего сжатия

влияние гидростатического сжатия на поликристал-лы YBa Cu O x2 3 7− , GdBa Cu O x2 3 7− , EuBa Cu O x2 3 7− с раз-личной пористостью изучалось в работе [38]. Резуль-таты измерений упругих параметров (при T = 295K) пересчитанные с учетом пористости p керамик, приведены в таблице 3.

в таблице также приводятся параметры Грюнай-зена, полученные как из измерений упругих посто-янных под давлением (Гак), так и из тепловых изме-рений (Гт).

ГLак = – ( / )[ ( / )

( / ) ( / )]

B c c BdB dp dc dp6 3 2

3 4

11 12

44

− −− −

(16)

Гтак= – ( / )[ ( / )

( / ) ( / )]

1 6 2 3

3 2 3 2

44 44 44

12

c c B dc dpB c

− ⋅ −− +

(17)

следует отметить, что большие значения параме-тра Грюнайзена Гак, полученные из акустических из-мерений несопоставимы по величине с Гт, получен-ными из тепловых измерений (см. также работу [69]). такое несоответствие трудно объяснить учетом вкла-да длинноволновых акустических мод в Гт, малове-роятно и то, что смягчение оптических фононных мод при воздействии гидростатического сжатия при-водит к возникновению фононных мод с отрица-тельным параметром Грюнайзена. Эти данные ука-зывают на необходимость проведения аналогичных экспериментов на монокристаллах втсП.

Неупругие свойства YBaCuO -керамик при анизо-тропном сжатии исследовались в работе [40]. Пока-зано, что при одноосной деформации предел проч-ности не зависит от температуры и определяется давлением опрессовки керамики в процессе их син-теза, что видно из таблицы 4.

Разрушение образцов является хрупким.

Таблица 3. Упругие постоянные текстурированных керамик и их зависимость от давления

Упр. пост. YBaCuO YBaCuO YBaCuO (р=0) EuBaCuO GdBaCuO

Плотность, г/см3 5.199 5.985 6.338 4.793 5.549

Пористость(р),% 18 5.6 0

vl ⋅ 103, м/с 4.067 4.537 4.780 3.520 3.955

vt ∙103, м/с 2.507 2.895 3.010 2.129 2.306

c11, ГПа 86 123 145 59.4 86.8

c44 , ГПа 32.7 50.1 57.4 21.7 29.5

B , ГПа 42.4 56.4 68.5 30.4 47.4

E , ГПа 78 116.0 135 52.6 73.3

Соотн. Пуассона 0.194 0.157 0.149 0.212 0.292

dc dp11 / , p = 0 69 145 30 21

dc dp44 / , p = 0 14 28 2.7 1.8

dB dp/ , p = 0 50 108 28 18

ГLак 9.1 15.6 7.5 5.5

ГТак 11.7 23.7 1.0 1.3

Гак 2.1 15.6 3.2 2.6

ГТ 0.749 0.858

ИзвестИя

12


Таблица 4. Предел прочности YBaCuO-керамик

Давление опрессовки р, кбар Плотность ρ , г/см3 Предел прочности Σmax , кг/мм2

– 4.1 7 – 11

4 4.5 11 – 15

28 4.8 33 – 38

50 5.2 50 – 55

3.3. Влияние пористости

Ультразвуковые измерения показали сильную корре-ляцию между уменьшением скорости ультразвука и увеличением пористости керамики [15]. На рисун-ке 2 представлена зависимость скорости ультразвука в YBa Cu O x2 3 7− -керамиках одинакового состава, но с разной пористостью p.

3.4. Влияние размеров зерна

Как установлено в работах [19, 21, 46], размер зер-на – важный параметр, который необходимо учиты-вать при интерпретации ультразвуковых эксперимен-тов. Уменьшение размера зерна от 100 до 5 мкм приводит не только к изменению значений скорости (даже при учете пористости), но и к изменению харак-тера температурной и частотной зависимостей скоро-сти и затухания ультразвука. в принципиальной, на наш взгляд, экспериментальной работе [46] показано, что аномальное поведение модулей втсП-соединений YBaCuO является следствием крупнозернистой структуры (d ~ 100 мкм) образцов, изготовленных по «сухой» технологии. в образцах, приготовленных по

«мокрой» технологии, где размер зерна (d< 5 ÷ 10 мкм) на порядок меньше, и форма зерна близка к сфериче-ской, аномалии на температурных зависимостях зату-хания и скорости ультразвука отсутствовали, причем и в том и в другом случае, сверхпроводящий переход наблюдался. с. Эверт с соавторами [46] сделали вывод о том, что аномальная зависимость модуля Юнга от температуры E T( ), а также несовпадение кривых E T( ) , измеренных при охлаждении и отогреве (темпе-ратурный гистерезис), не связаны с наличием свер-проводящего перехода, а обусловлены лишь структур-ными несовершенствами керамики. Этот вывод оспаривается группой авторов (B. Мюллер и др. [13]), которые считают, что описанное выше явление темпе-ратурного гистерезиса, обусловленого, в частности, и размерами зерен, является проявлением сегнетоэлек-трической природы втсП, а именно, в случае сопо-ставления размеров зерна с размерами сегнетоэлек-трического домена, возможно изменение характера аномалий на температурной зависимости упругих мо-дулей и затухания.

3.5. Температурные зависимости упругих параметров в ВТСП-керамиках и монокристаллах ReBa Cu O x2 3 7− (Re = Y, Eu, Gd и т. д.)

типичный вид температурной зависимости скорости ультразвука приведен на рисунке 3.

в большинстве случаев разница в величине ско-рости ультразвука при комнатной температуре и т = 4.2 К, составляет 3–6 %, как для продольного, так и для поперечного звука.

в ряде работ, выполненных на монокристаллах YBa Cu O x2 3 7− [57, 58], обнаружены аномалии затуха-ния и скорости звука. в керамиках выявлено три об-ласти аномалий поглощения звука – при 90 К, 150 К, 250 К. тем не менее, в работах [47, 56], выполненных на YBa Cu O x2 3 7− , аномалий на температурных зависи-мостях скорости ультразвука не обнаружено. требу-ют проверки замечания авторов [59] о возможности фальшпиков при температурах 150 К, 190–240 К при использовании вибрационной методики эксперимен-

Рис. 2 Корреляция между скоростью ультразвука и пористостью при 80 К для YBa Cu O x2 3 7− [15].


13

Рис. 3 Относительное изменение скорости ультразвукав YBa Cu O x2 3 7− . А – продольные волны в монокристалле; В- поперечные волны в монокристалле; С, D, Е – продольные волны в керамике [12]

та. Как правило, аномалии связывают со структурны-ми неустойчивостями [13]. в работе [60] обнаружен-ные акустические аномалии коррелируют с аномалиями на температурной зависимости тепло-емкости и с соответствующим смягчением оптиче-ских фононных мод. Привлечение представлений о структурной фазовой нестабильности 1-2-3 керамик, тем не менее, не является единственно возможной интерпретацией происхождения акустических ано-малий. так, ромбический YBa Cu O2 3 7 стабилен в тем-пературном интервале 4–1000 К, в нем отсутствуют аномалии на температурной зависимости упругих параметров, он устойчив к замене Y на другие ред-кие земли ( Eu Gd Sm, , ) и т. д. Акустические анома-лии, по-видимому, могут быть обусловлены различ-ными причинами, в том числе, они могут быть связаны: с микроструктурой образца [61], со смеще-нием плоскостей двойникования, с «рыхлостью» ке-рамики втсП [46], с упорядочением кислородных вакансий, с туннелированием кислорода и релакса-цией в двухуровневой системе, с энгармонизмом ре-шетки, с возбуждением волн зарядовой плотности.

Bi Sr CaCu Ox2 2 2

На температурной зависимости затухания ультра-звука в поликристаллическом двухфазном образце Bi Pb Sr CaCu Ox2 2 2( ) ,[59], обнаружен пик при т = 250 К. в то же время в [62] не обнаружено на тем-пературных зависимостях модуля Юнга и внутрен-него трения каких либо аномалий. вопросы о струк-турных аномалиях и сосуществовании структурного фазового перехода и сверхпроводящего перехода в этих соединениях мало изучены.

La Sr CuOx x2 4−

Для данных соединений аномалии упругих свойств связываются с явлением высокотемпературной сверх-проводимости в [63–65]. сообщения [14] о смягчении упругих модулей c66 на 60 % и c44 на 0.8 % вблизи структурного фазового перехода (тетрагональ-ный – ромбический) при т = 273 К в монокристалле La Sr CuO1 85 0 15 4. . – еще одно тому подтверждение.

3.6. Особенности упругих параметров в области Тс-температуры сверхпроводящего перехода

Наблюдение аномалий упругих модулей и скоростей звука, а также затухания и внутреннего трения, пред-сказанных теорией БКШ (п. 2.) в втсП затруднено рядом факторов:

1) малостью ожидаемого эффекта Δv v/ ~10–5.2) ввиду малости длин свободного пробега

(1 ~ 100 Å), для выполнения условия ql <<1 необхо-димы гиперзвуковые частоты (100 ГГц). выделение электронного вклада в затухание звука связано с не-малыми проблемами.

Амплитуда наблюдаемой акустической аномалии коэффициента поглощения ультразвука γ( )T в втсП при T Tc= , например для YBa Cu O x2 3 7− [66], на не-сколько порядков (не менее 5) превышает значение электронного вклада в затухание ультразвука (пункт 2.3, формула 13).

с другой стороны существует ряд механизмов, объясняющих поведение затухания ультразвука вблизи Tc . Экспериментальные данные крайне про-тиворечивы [7]. Наблюдаемые особенности на тем-пературной зависимости упругих модулей и скоро-стей звука имеют как отрицательный, так и положительный знаки изменения. в большинстве работ сообщается об уменьшении упругих параме-

ИзвестИя

14


тров ниже температуры сверхпроводящего перехода. в ра-боте [66] уменьшение упругих модулей объясняется пере-стройкой микроструктуры исследуемого материала в области сверхпроводящего перехода (N S− ). Микрострук-турные исследования подтвердили изменение структуры двойниковых границ. Можно предположить, что движение этих границ приводит к возникновению пика на темпера-турной зависимости затухания ультразвука γ( )T вслед-ствие добавочной податливости в нормальной фазе (N ). Уменьшение упругих модулей и затухание ультразвука при T Tc< указывает, по мнению авторов, на изменение под-вижности двойниковых границ при N S− переходе. Авто-ры работы [67] объясняют изменение упругих параметров в области T Tc< пластификацией материала при переходе в сверхпроводящее состояние, которое в свою очередь облег-чает релаксацию термоупругих напряжений в образце. тер-моупругие напряжения, возникающие из-за анизотропии коэффициентов термического расширения (КтР) (в YBa Cu O2 3 7 , например, КтР вдоль оси с в два раза больше чем по осям a, b [68]) кристаллитов, весьма значительны в ромбической фазе. величина этих напряжений в значитель-ной степени определяется размером зерна. естественно по-этому ожидать, что мелкозернистая структура образцов с изомерической формой зерен при той же анизотропии КтР приводит к меньшим механическим напряжениям и соот-ветственно, к отсутствию гистерезиса и аномалий на тем-пературных зависимостях упругих модулей (п. 3.2). Пла-стификация материала при сверхпроводящем переходе [70], обусловлена в классических сверхпроводниках уменьше-нием электронной вязкости при движении дислокаций. во-прос же о природе релаксации напряжений в втсП [71–74] и носителях пластической деформации: дислокациях, двой-никах, – еще не достаточно исследован.

4. Заключение

Имеющиеся многочисленные экспериментальные данные по упругим свойствам втсП керамик в настоящее время не по-зволяют с определенностью сделать заключение о возможных механизмах и природе высокотемпературной сверхпроводи-мости. вместе с тем эти данные свидетельствуют о некоторых характерных чертах акустики втсП материалов: наличие аку-стических аномалий, происхождение которых дискутируется, сильная зависимость упругих свойств образцов от технологии изготовления, термообработки и других внешних факторов. в практическом приложении важно оценить напряжения несо-ответствия и термоупругие напряжения в втсП слоев 1-2-3, выращенных на различных подложках. Полагаем, что напря-жения несоответствия дают основной вклад в формирование деформации слоя втсП. важной задачей для создания высо-кокачественных втсП 123 слоев, «толерантных» к механиче-ским воздействиям [75] представляется определение упругих модулей [76, 77] и оценки на их основе величины напряжений на границе раздела между подложки кристалла и втсП слоя.

Литература

1. Venkatesan T. et al., J. Appl. Phys. 1988. Vol. 63. № 6. 4591.

2. Neiser R.A., in: National Thermal Spray Conf. Proc. 1988. 195 p.

3. Harada K., Fujimori N., Yazu S. Jpn. J. Appl. Phys. 1988. Vol. 27. № 8. L1524.

4. Ю.Л. тхорик, Л.с. Хазан. «Пластическая деформация и дислокации несоответствия в гетероэпитаксиальных системах», Наукова думка, Киев.1983. 304 c.

5. V.n. Nikiforov, V.G. Sredin, Yu. V. Kochetkov, O.N. Vasil’eva. Russian Physics Journal, 2000, Vol. 43. № 4. 334 p.

6. К. Fossheim, T.Laegreid. IBM J. Res. Develop. Vol. 33. (1989), 3 p.

7. J. Dominec. Supercond. Scl. Technol. Vol. 2 (1989). 91 p.

8. в.Н. Беломестных, О.Л. Хасанов, Ю. Кон-сю // сверхпроводимость: физика, химия, техника (сФХт) т. 2. (1989). № 9. 119 c.

9. Н. Ledbetter. J. of Metals Vol. 40 (1988), 24 p.10. K. Fosshelm, T. Laegreid, E. Sandvold, F. Vas-

senden, K.A. Muller, J.G. Bednorz. Solid St. Commun. Vol. 63 (1987). № 6. 531 p.

11. S. Bhattacharia, M.J. HIggins, D.C. John-ston, A.J. Jacobson, J.P. Stokes, D.P. Goshorn, J.T. Lewandowski. Physical Review Letters Vol. 60. (1988), N 12, P.1181.

12. V. Muller, K. de Groot, D. Maurer, Ch. Roth, K.H. Rieder, E. Eickenbusch, R. Schollhorn. PEICLTP, Kyoto, (1987). Jpn. J. Appl. Phys. 1987. Vol. 26. Suppl. 26-3, 2139 p.

13. V. Muller, D. Maurer, Ch. Roth, C. Hucho, D. Vinau, K.de Groot. Physica с. 1988. Vol. 153–155. 280 p.

14. A. Migliori, W.M. Visscher, S. Wong, S.E. Brown, I. Tanaka, H. Kojima, P.B. Allen. Phys. Rev. Lett. 1990. Vol. 64. 2458 p.

15. P.K. Choi, Koizumi K.Takagi, T.Suzuki. Sol. St. Comm. 1989. Vol. 70. № 12. 1175 p.

16. J.K. Mackenzie. Proc. Phys. Soc. (London). 1950. Vol. 63B. 2 p.

17. H.M. Ledbetter, S.K.Datta. J. Acoustic Soc. Amer. 1986. Vol. 79. 239 p.

18. B. Bridge and R. Round. J. Matter. Sci. Lett. 1989. Vol. 8. № 6, 691 p.

19. Л.Д. Ландау, e.M. Лифшиц. теория упруго-сти. M.: Наука.1987. 248 c.

20. в. Hadimioglu, J.S. Foster. J. Appl. Phys.1984. Vol. 56. 1976 p.

21. И.М. Лифшиц. Избранные труды т. I. М.: На-ука, 1987. 316 c.

22. Z. Zhao, S. Adenwalla, A. Moreau, J.в. Ket-terson, Q. Robinson, D.L. Johnson, S.-J. Hwu, К.R. Poeppelmeier. Phys.Rev.B. 1989. Vol. 39. 721 p.

23. M-F. Xu, D. Bein, R.F. Wiegert, Bima1 K. Sarma, M. Levy, Z. Zhao, S. Adenwalla, A. Moreau, Q. Robinson, D.L. Johnson, S.-J. Hwu, K.R. Poeppelmeier, J.B. Ketterson. Phys.Rev.B 1989. 39 N I, 843 p; Z.Zhao,


15

S. Adenwalla, A. Moreau, J.B. Ketterson, Q.Robinson, D.L. Johnson, S.-J. Hwu, K.R. Poeppelmeier, M.-F. Xu, Y. Hong, M. Levi, Bimal K. Sarma, J. Less - Comm. Met. 1989. Vol. 149. 451 p.

24. M.в. Гитис, Л.А. Конопко, в.А. Чуприн. Э.М. Штайф // сверхпроводимость: физика, химия, техника (сФХт) т. 2. (1989), № 11. 59 с.

25. J. Bardin, L.n. Cooper and J.R. Schriffer. Phys. Rev. 1957. Vol. 108. P.1175.

26. Л.Д. Ландау, E.M. Лифшиц. Электродинамика сплош-ных сред. М.: Наука. 1987.208 c.

27. L.R. Testardl. Phys. Rev. в. 1975. Vol. 12. 3849 p ; Phys.Acoustic, edited by W.P.Mason (Academic, New York, 1973). Vol. 10.

28. He Yusheng, Z.Baiwen, L.Sihan, X. Jiong, L. Yongming, C.Haoming. J. Phys. F: Met. Phys.1987. Vol. 17. P. L243.

29. Л.Д. Ландау, E M. Лифшиц. статистическая физика. M.: Наука. 1986. 584 c.

30. А. Брус, Р. Каули. структурные фазовые переходы. М.: Мир. 1984. 408 c.

31. S.-K.Ma. Modern Theory of Critical Phenomena. The Ben-jamin/Cummihgs Publishing Co., Reading, MA. 1976. 561 p.

32. А.И. Ларкин, с.А. Пикин // ЖЭтФ. 1969. T. 56. T. 1664.33. с.w. Garland. Physical Acoustic, Academic Press, N. Y.

7.1970. 52 p.34. C.w. Garland, J.D. Baloga. Phys. Rev. B. 1977. Vol. 16.

331 p.35. W Rehwald. Adv. Phys. Vol. 22 (1973). 721 p.36. Дж. E Блендер, с.К. Чианг, Д.с. Кренмер и др. в кн: вы-

сокотемпературные сверхпроводники (под ред. Д. Нел-сона и др.). М.: Мир. 1988. 290 с.

37. Г.П. воробьев, А.М. Кадомцева, 3. А-Казей, И.Б. Кры-нецкий, Р.3. Левитин, с.Б. Никишин, в.в. снегирев, в.И. соколов // сверхпроводимость: физика, химия, техника(сФХт). 1989. т. 2. № 2. 47 с.

38. A. A1-Kheffaji, Cankurataran, G.A. Saunders, D.P. Al-mond, e.F. Lambson, R.C.Y. Draper. Phil. Mag. Vol. 59. (1989). № 5. 487 p.

39. Л.А. Чернозатонский, А.И. Головашкин, О.M. Иваненко // Фтт т. 30. (1988), № 3. 882 с.

40. в.И. Доценко, И.Ф. Кисляк, еД. Нацик. Деформацион-ные эффекты в сверхпроводящей керамике при одноос-ном сжатии // ФНт т. 15. (1989). № 1. 82 с.

41. V. Ramachandran, G.A. Ramadass, R. Srinivasan. Physica. с. 153–155. (1988). 278 p.

42. R. Round and B. Bridge, J. Matter. Sci. Lett. Vol. 6. (1987). 1471 p.

43. n.M. Ledbetter, M.w. Austin, s.A. Kim, M. Lei, J. Mater. Res. 2, 786 p; n.M. Ledbetter, M.W. Austin, S.A. Kim, T.Datta, C.e. Violet. J. Mater. Res. Vol. 2 (1987). 790 p.

44. D.P. Almond, e.F. Lambson, G.A.Saunders, Wang Hong. J.Phys. F. Vol. 17 (1987). L. 261.

45. J.L. Tal1on, A.H. Schuitema & N.E.Tapp Appl. Phys. Lett Vol. 52 (1988). 507.

46. S. Ewert, S. Guo, P. Lemmens, F. Stellmach, J. Wynants, G. Artl, D. Bonnenberg, H. Kliem, A. Comberg, H. Passing. Solid State Commun. Vol. 64 (1987), 1153 p.

47. P. Lemmens, F. Stellmach, S. Ewert, S. Guo, J. Wynants, G. Arlt, A. Comberg, H. Peassing, G. Marbach. Physica с. Vol. 153–155. (1988), 294 p.

48. A.Л. Гайдук, с.в. Жерлицын, O.P. Приходько // ФНт. т. 14. (1988), с. 718.

49. я.Н. Блиновсков, А.М. Бурханов, в.в. Гудков // ФММ. т. 65. (1988), 397 с.

50. D.F.Lee and K. Salama, Mod. Phys. Lett. Vol. 2 (1988). 1111 p.

51. M.J. McKenna, A. Hikata, J. Takeuchl, C. Elbaum, R. Kershaw and A.Wold. Phys. Rev. Lett. Vol. 62 (1989). № 13. 1556 p.

52. Deng Tingzhang, Zhang Liangkun, Huicheng Gu,Xiao Zhi-li, Chen Liquan, Chin. Phys. Lett., Vol. 5(10) (1988). 461 р.

53. B. Wolf, T.J. Kim, H. Kuhnberger, W. Palme, A. Krimmel, I. Xanthopoulos, W. Grill, B. Luthi, M. Schwarz. Physica с. Vol. 153–155. (1988). 284 p.

54. K. Sun, M. Levy, B.K. Sarma, P.H. Hor, R.L. Meng, Y.Q. Wang, C.W. Chu. Phys. Lett. A (1988). Vol. 131. № 9. PP. 541–544.

55. Masaru Suzuci, Yuichi Okuda, Izumi Iwasa, Akira J. Ikushi-ma, Toshiro Takabatake, Yasuhira Nakazawa, Masayasu Ishikawa. Sound velosity anomaly of YBa Cu O2 3 7 . Physica с. Vol. 153–155 (1988) PP. 266–267.

56. в.И. Макаров, H.в. заварицкий, в.с. Клочко // Письма в ЖЭтФ. 1987. т. 48. 326 с.

57. G.Gannelli, R. Cantelli, F.Cordero, G. Costa, M. Ferretti, G.L. Olcese. An internal friction and frequency study in YBa Cu O x2 3 7− . Physica с. Vol. 153–155. (1988). PP. 298–299.

58. X.D. Shi, R.C.Yu, Z.Z. Wang, n.P. Ong, P.M.Chaikin. Sound velocity and attenuation in single-crystal YBa Cu O x2 3 7− . Phys. Rev. B. 1989, Vol. 39. № 1. PP. 827–830.

59. X.-D. Xiang, M. Chung, J.w. Brill et al. Solid State Comm. Vol. 69. № 8. (1989). PP. 833–6.

60. M.s. Zhang, C. Wiang, S. Dukun et al. Sol. State Comm. Vol. 65. 6 (1988). 487 p.

61. D. Wohl1eben, J.F. Smith, F.M. Muller, S.P. Chen. Physica с. Vol. 153–155. (1988) 586.

62. X.-D. Xiang, M. Chung, J.M. Brill, S. Hoen, P. Pinsukanja-na, A. Zettl. Elastic properties of single crystal Bi Sr CaCu O2 2 2 8 . Solid State Commun. Vol. 69. № 8, PP. 326–329.

63. D.G. Bishop, P.L. Gammel, A.P. Ramirez, R.J. Cava, B. Bat-tlog, e.A. Rietman. Ultrasound studies of the high Tc super-conductor. Phys. Rev. в. 1987. Vol. 35. № 16. PP. 8788–90.

64. B. Luthi, B. Wolf, T. Kim, W. Grill, B. Renker. Sound Prop-agation in High Temperature Syperconductors. 1987, Japan. J. Appl. Phys. Suppl. 3, Vol. 26. PP. 1127–1128.

65. Y. Horie, Y. Terashi, H. Fukuda, T. Fukami, S. Mase. Solid State Commun. 64. 501 (1987).

66. D.P. Almond. J. Phys. 21 c. Vol. 25 (1988) L1137.67. Ю.А. Буренков, в.И. Иванов, А.Б. Лебедев // Фтт,

1988, т. 30. № 10. 3188 с.68. А.с. Momin, Mathews, V.s. Jakkal et al. Sol St. Comm.

Vol. 64. 3 (1987). 329 p.69. в.в. воронов, А.И. Коробов, в.в. Мощалков. «Особен-

ности поведения нелинейных акустических свойств сверхпроводящих керамик YBaCuO» // Препринт № 31, Москва, МГУ, Физический факультет, 1990.

70. в.И. старцев, в.я. Ильичев, в.в. Пустовалов. Пластич-ность и прочность металлов и сплавов при низких тем-пературах. М.: Металлургия, 1975. 328 с.

71. C.C.Clickner, J.w. Ekin, N. Cheggour, C.L.H. Thieme, Y. Qiao,Y.-Y. Xie, A. Goyal Cryogenics. Vol. 46. (2006). 432 p.

72. J. Kawashima, Y. Yamada, I. Hirabayashi Physica C: Super-conductivity, Vol. 306. (1998). 114 p.

73. K. Osamura, M. Sugano, S. Machiya, H.Adachi, S.Ochiai, M. Sato, Supercond. Sci. Technol. Vol. 22(2009). P. 065001.

ИзвестИя

16


74. J.J. Roa, E. Jiménez-Piqué, X.G. Capdevila, M. Segar-ra, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 30 (2010). 1477 p.

75. N. Cheggour, J.w. Ekin, C.C. Clickner, D.T. Verebe-lyi, L.H. Thieme, R. Feenstra, A. Goyal, Appl. Phys. Lett. Vol. 83 (2003) 4223 p.

76. Никифоpов в.Н., Леонюк Л.И., Михеев М.Г., Мо-щалков в.в. // сверхпроводимость: физика, химия, техника(сФХт).1991. т.4, N2. C.376.

77. Nikiforov V.N., Moshchalkov V.V., Mikheev M.G., Rzhevskii V.V., Leonyuk L.I. Physica C. 1991. Vol. 185. 1161 p.

References

1. Venkatesan T. et al., J. Appl. Phys. 1988. Vol. 63. № 6. 4591.2. Neiser R.A., in: National Thermal Spray Conf. Proc.

1988. 195 p.3. Harada K., Fujimori N., Yazu S. Jpn. J. Appl. Phys.

1988. Vol. 27. № 8. L1524. 4. Yu. L. Tkhorik, L.S. Khazan, Plasticheskaya deformaciya i

dislokacii nesootvetstviya v getero`epitaksial'nyh sistemah [Plastic Deformation and Misfit Dislocations in Heteroepi-taxial Systems]. K.: Naukova Dumka. [Kiev: Publishing house «Naukova Dumka»], 1983. 304 c.

5. V.N. Nikiforov, V.G. Sredin, Yu. V. Kochetkov, O.N. Vasil’eva. Russian Physics Journal, 2000, Vol. 43. № 4. 334 p.

6. К. Fossheim, T.Laegreid. IBM J. Res. Develop. Vol. 33. (1989), 3 p.

7. J. Dominec. Supercond. Scl. Technol. Vol. 2 (1989). 91 p.8. V.N. Belomestnyh, O.L. Hasanov, Yu. Kon-Syu.Sverh-

provodimost': fizika, himiya, tehnika (SFHT) [Supercon-ductivity: physics, chemistry, engineering (SFHT)] T. 2. (1989). № 9. 119 p.

9. Н. Ledbetter. J. of Metals Vol. 40 (1988), 24 p.10. K. Fosshelm, T. Laegreid, E. Sandvold, F. Vassenden,

K.A. Muller, J.G. Bednorz. Solid St. Commun. Vol. 63 (1987). № 6. 531 p.

11. S. Bhattacharia, M.J. HIggins, D.C. Johnston, A.J. Jacob-son, J.P. Stokes, D.P. Goshorn, J.T. Lewandowski. Physical Review Letters Vol. 60. (1988), N 12, P.1181.

12. V. Muller, K. de Groot, D. Maurer, Ch. Roth, K.H. Rieder, E. Eickenbusch, R. Schollhorn. PEICLTP, Kyoto, (1987). Jpn. J. Appl. Phys. 1987. Vol. 26. Suppl. 26-3, 2139 p.

13. V.Muller, D.Maurer, Ch.Roth, C.Hucho, D.Vinau, K.de Groot. Physica с. 1988. Vol. 153–155. 280 p.

14. A. Migliori, W.M. Visscher, S. Wong, S.E. Brown, I. Tana-ka, H. Kojima, P.B. Allen. Phys. Rev. Lett. 1990. Vol. 64. 2458 p.

15. P.K. Choi, Koizumi K.Takagi, T.Suzuki. Sol. St. Comm. 1989. Vol. 70. № 12. 1175 p.

16. J.K. Mackenzie. Proc. Phys. Soc. (London). 1950. Vol. 63B. 2 p.

17. H.M. Ledbetter, S.K.Datta. J. Acoustic Soc. Amer. 1986. Vol. 79. 239 p.

18. B. Bridge and R. Round. J. Matter. Sci. Lett. 1989. Vol. 8. № 6, 691 p.

19. L.D. Landau, E.M. Lifshic. Teoriya uprugosti [Theory of elasticity]. M.: Nauka [Moscow: Publishing house «Sci-ence»], 1987. 248 p.

20. в. Hadimioglu and J.S.Foster. J. Appl. Phys.1984. Vol. 56. 1976 p.

21. I.M. Lifshic. Izbrannye trudy [Selected Works] т. I. M.: Nauka [Moscow: Publishing house «Science»], 1987. 316 p.

22. Z. Zhao, S. Adenwalla, A. Moreau, J.в. Ketterson, Q. Rob-inson, D.L. Johnson, S.-J. Hwu, К.R. Poeppelmeier. Phys.Rev.B. 1989. Vol. 39. 721 p.

23. M-F. Xu, D. Bein, R.F. Wiegert, Bima1 K. Sarma, M. Levy, Z. Zhao, S. Adenwalla, A. Moreau, Q. Robinson, D.L. Johnson, S.-J. Hwu, K.R. Poeppelmeier, J.B. Ket-terson. Phys.Rev.B 1989. 39 N I, 843 p; Z.Zhao, S. Aden-walla, A. Moreau, J.B. Ketterson, Q.Robinson, D.L. John-son, S.-J. Hwu, K.R. Poeppelmeier, M.-F. Xu, Y. Hong, M. Levi, Bimal K. Sarma, J. Less - Comm. Met. 1989. Vol. 149. 451 p.

24. M.V. Gitis, L.A. Konopko, V.A. Chuprin. E.M. Shtajf. Sverhprovodimost': fizika, himiya, tehnika (SFHT) [Super-conductivity: physics, chemistry, engineering] т. 2. (1989). № 11. 59 p.

25. J. Bardin, L.N. Cooper and J.R. Schriffer. Phys. Rev. 1957. Vol. 108. 1175 p.

26. L.D. Landau, E.M. Lifshic. Elektrodinamika sploshnyh sred [Electrodynamics of Continuous Media]. M.: Nauka [Mos-cow: Publishing house «Science»], 1987. 208 p.

27. L.R. Testardl. Phys. Rev. в. 1975. Vol. 12. 3849 p ; Phys.Acoustic, edited by W.P.Mason (Academic, New York, 1973). Vol. 10.

28. He Yusheng, Z.Baiwen, L.Sihan, X. Jiong, L. Yongming, C.Haoming. J. Phys. F: Met. Phys.1987. Vol. 17. P. L243.

29. L.D. Landau, E.M. Lifshic. Statisticheskaya fizika [Statisti-cal Physics]. M.: Nauka [Moscow: Publishing house «Sci-ence»], 1986. 584 p.

30. A. Brus, R. Kauli. Strukturnye fazovye perehody [Structur-al phase transitions]. M.: Mir [Moscow: Publishing house «World»], 1984. 408 c.

31. S.-K.Ma. Modern Theory of Critical Phenomena. The Benjamin/Cummihgs Publishing Co., Reading, MA. 1976. 561 p.

32. A.I. Larkin, S.A. Pikin. ZhETF. 1969. T. 56. T. 1664.33. с.W. Garland. Physical Acoustic, Academic Press, N.Y.

7.1970. 52 p.34. C.W. Garland, J.D. Baloga. Phys. Rev. B. 1977. Vol. 16. 331 p.35. W Rehwald. Adv. Phys. Vol. 22 (1973). 721 p.36. Dzh. E Blender, S.K. Chiang, D.S. Krenmer i dr. V kn:

Vysokotemperaturnye sverhprovodniki [High-temperature superconductors]. M.: Mir [Moscow: Publishing house «World»], 1988. 290 с.

37. G.P. Vorob'ev, A.M. Kadomceva, 3. A-Kazej, I.B. Kry-neckij, R.3. Levitin, S.B. Nikishin, V.V. Snegirev, V.I. So-kolov. Sverhprovodimost': fizika, himiya, tehnika(SFHT) [Superconductivity: physics, chemistry, engineering]. 1989. т. 2. № 2. 47 p.

38. A. A1-Kheffaji, Cankurataran, G.A. Saunders, D.P. Al-mond, E.F. Lambson, R.C.Y. Draper. Phil. Mag. Vol. 59. (1989), № 5. 487 p.

39. L.A. Chernozatonskij, A.I. Golovashkin, O.M. Ivanenko. FTT. т. 30. (1988), № 3. 882 с.

40. V.I. Docenko, I.F. Kislyak, ED. Nacik. Deformacionnye effekty v sverhprovodyaschej keramike pri odnoosnom szhatii. FNT [Strain effects in superconducting ceramics un-der uniaxial compression]. т. 15. (1989). № 1. 82 p.

41. V. Ramachandran, G.A. Ramadass, R. Srinivasan. Physica. с. 153–155. (1988). 278 p.

42. R. Round and B. Bridge, J. Matter. Sci. Lett. Vol. 6. (1987). 1471 p.


17

Сведения об авторах information about authors

никифоров владимир николаевичдоцент кафедры физики

низких температур и сверхпроводимостиE-mail: [email protected]

ржевский владимир васильевичдоцент кафедры физики

низких температур и сверхпроводимостиФизический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова

119899, Москва, Российская Федерация, ЛенгорыE-mail: [email protected]

nikiforov vladimir nikolaevichAssociate ProfessorE-mail: [email protected]

rzhevskij vladimir vasilevichAssociate ProfessorFaculty of Physics, Moscow State UniversityDepartment of Low Temperature Physics and Superconductivity119899, Moscow, Russian Federation, LengoryE-mail: [email protected]

43. N.M. Ledbetter, M.W. Austin, S.A. Kim, M. Lei, J. Mater. Res. 2, 786 p; N.M. Ledbetter, M.W. Austin, S.A. Kim, T. Datta, C.E. Violet. J. Mater. Res. Vol. 2 (1987). 790 p.

44. D.P. Almond, E.F. Lambson, G.A. Saunders, Wang Hong. J. Phys. F. Vol. 17 (1987). L. 261.

45. J.L. Tallon, A.H. Schuitema & N.E. Tapp Appl. Phys. Lett Vol. 52 (1988). 507.

46. S.Ewert, S. Guo, P. Lemmens, F. Stellmach, J. Wynants, G. Artl, D. Bonnenberg, H. Kliem, A. Comberg, H. Pass-ing. Solid State Commun. Vol. 64 (1987). 1153 p.

47. P. Lemmens, F. Stellmach, S. Ewert, S. Guo, J. Wynants, G. Arlt, A. Comberg, H. Peassing, G. Marbach. Physica с. Vol. 153–155. (1988). 294 p.

48. A.L. Gajduk, S.V. Zherlicyn, O.P. Prihod'ko. FNT. т. 14. (1988). 718 p.

49. Ya.N. Blinovskov, A.M. Burhanov, V.V. Gudkov. FMM. т. 65. (1988). 397 с.

50. D.F.Lee and K. Salama, Mod. Phys. Lett. Vol. 2 (1988). 1111 p.

51. M.J. McKenna, A. Hikata, J. Takeuchl, C. Elbaum, R. Kershaw and A. Wold. Phys. Rev. Lett. Vol. 62 (1989). № 13. 1556 p.

52. Deng Tingzhang, Zhang Liangkun, Huicheng Gu,Xiao Zhi-li, Chen Liquan, Chin. Phys. Lett., Vol. 5(10) (1988). 461 р.

53. B. Wolf, T.J. Kim, H. Kuhnberger, W. Palme, A. Krimmel, I. Xanthopoulos, W. Grill, B. Luthi, M. Schwarz. Physica с. Vol. 153–155. (1988). 284 p.

54. K. Sun, M. Levy, B.K. Sarma, P.H. Hor, R.L. Meng, Y.Q. Wang, C.W. Chu. Phys. Lett. A (1988). Vol. 131. № 9. PP. 541–544.

55. Masaru Suzuci, Yuichi Okuda, Izumi Iwasa, Akira J. Ikushima, Toshiro Takabatake, Yasuhira Nakazawa, Ma-sayasu Ishikawa. Sound velosity anomaly of YBa Cu O2 3 7 . Physica с. Vol. 153–155 (1988). PP. 266–267.

56. V.I. Makarov, H.V. Zavarickij, V.S. Klochko. Pis'ma v ZhETF [JETP Letters], 1987. т. 48. 326 p.

57. G. Gannelli, R. Cantelli, F. Cordero, G. Costa, M. Ferretti, G.L. Olcese. An internal friction and frequency study in YBa Cu O x2 3 7− . Physica с. Vol. 153–155. (1988). PP. 298–299.

58. X.D. Shi, R.C.Yu, Z.Z. Wang, N.P. Ong, P.M.Chaikin. Sound velocity and attenuation in single-crystal YBa Cu O x2 3 7− . Phys. Rev. B. 1989. Vol. 39. № 1. PP. 827–830.

59. X.-D. Xiang, M. Chung, J.W. Brill et al. Solid State Comm. Vol. 69. № 8. (1989). PP. 833–6.

60. M.S. Zhang, C. Wiang, S. Dukun et al. Sol. State Comm. Vol. 65. 6 (1988). 487 p.

61. D. Wohl1eben, J.F. Smith, F.M. Muller, S.P. Chen. Physica с. Vol. 153–155. (1988) 586.

62. X.-D. Xiang, M. Chung, J.M. Brill, S. Hoen, P. Pinsukan-jana, A. Zettl. Elastic properties of single crystal

Bi Sr CaCu O2 2 2 8. Solid State Commun. Vol. 69. № 8. PP. 326–329.

63. D.G. Bishop, P.L. Gammel, A.P. Ramirez, R.J. Cava, B. Battlog, E.A. Rietman. Ultrasound studies of the high Tc superconductor. Phys. Rev. в. 1987. Vol. 35. № 16. PP. 8788–90.

64. B. Luthi, B. Wolf, T. Kim, W. Grill, B. Renker. Sound Propagation in High Temperature Syperconductors. 1987, Japan. J. Appl. Phys. Suppl. 3, Vol. 26. PP. 1127–1128.

65. Y. Horie, Y. Terashi, H. Fukuda, T. Fukami, S. Mase. Solid State Commun. 64. 501 (1987).

66. D.P. Almond. J. Phys. с 21, Vol. 25 (1988) L1137.67. Yu.A. Burenkov, V.I. Ivanov, A.B. Lebedev. FTT. 1988.

т. 30. № 10. 3188 p.68. А.с. Momin, Mathews, V.S. Jakkal et al. Sol St. Comm.

Vol. 64. 3 (1987). 329 p.69. V.V. Voronov, A.I. Korobov, V.V. Moschalkov. Osoben-

nosti povedeniya nelinejnyh akusticheskih svojstv sverh-provodyaschih keramik YBaCuO [Features of the behavior of nonlinear acoustic properties of superconducting ceram-ics YBaCuO]. Preprint № 31, Moskva, MGU, Fizicheskij fakul'tet. 1990.

70. V.I. Starcev, V.Ya. Il'ichev, V.V. Pustovalov. Plastichnost' i prochnost' metallov i splavov pri nizkih temperaturah [Ductility and toughness of metals and alloys at low tem-peratures]. M.: Metallurgy. [Moscow: Publishing house «Metallurgy»], 1975. 328 p.

71. C.C.Clickner, J.W. Ekin, N. Cheggour, C.L.H. Thieme, Y. Qiao, Y.-Y. Xie,A. Goyal Cryogenics. Vol. 46. (2006). 432 p.

72. J. Kawashima, Y. Yamada, I. Hirabayashi Physica C: Su-perconductivity. Vol. 306. (1998). 114 p.

73. K. Osamura, M. Sugano, S. Machiya, H.Adachi, S.Ochiai, M. Sato, Supercond. Sci. Technol. Vol. 22(2009). P. 065001.

74. J.J. Roa, E. Jiménez-Piqué, X.G. Capdevila, M. Segarra, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 30 (2010). 1477 p.

75. N. Cheggour, J.W. Ekin, C.C. Clickner, D.T. Verebelyi, L.H. Thieme, R. Feenstra, A. Goyal, Appl. Phys. Lett. Vol. 83 (2003). 4223 p.

76. Nikifopov V.N., Leonyuk L.I., Miheev M.G., Mos-chalkov V.V. Sverhprovodimost: fizika, himiya, tehnika(SFHT) [Superconductivity: physics, chemistry, en-gineering]. 1991. т. 4. № 2. 376 p.

77. Nikiforov V.N., Moshchalkov V.V., Mikheev M.G., Rzhevskii V.V., Leonyuk L.I. Physica C. 1991. Vol. 185. 1161 p.

18

Леонид николаевич курбатов оставил нам рукопись, бережно сохраненную его дочерью о.Л. курбатовой. как сказал поэт:

«мчи меня память крылом нестареющимЛети моя память крылом тиховеющим,Лети моя память волной, пари над людскою молвой».

его перу принадлежит жизнеописание, связанное с тремя периодами жизни: детство и юность в Ташкен-те, молодость и зрелость в Ленинграде и московский период, связанный с его блестящей научной деятель-ностью, по существу, основоположника отечественной фотоэлектроники.

Перед нами предстает картина исканий молодого таланта, отягощенного клеймом сына врага народа. все описания полны меткими и порой нелицеприятны-ми характеристиками участников исторической драмы. Большой патриот, он внес существенный вклад в обо-рону, отдав свой талант на службу отрасли.

Предполагается издание его воспоминаний, кото-рые представляют собой хорошие и добросовестные очерки по истории нашей реальной науки в СССр. Пер-вая часть (до московский период) благодаря усилиям его ученика проф. А.и. дирочке уже существует в виде отчета ученого Совета предприятия «орион».

Атмосфера тех лет прекрасно передается словами академика А.м. Прохорова. на замечание курбатова по какому-то поводу, что «…это же требует элемен-тарной порядочности», Прохоров ответил: «да, такое

понятие существует в мировой практике, но в нашем обществе оно не применяется». Таково было это не простое время, но надо помнить, что при всем том на-ука в СССр была приоритетна.

Московский период в период работы в Гои курбатов занимался физико-химическими исследованиями фотопроводимости PbS, открытой немецким физиком Гудденом во время войны.

разработанный курбатовым гидразингидратный метод получения фотопроводящих тонких химических слоев позволил создать ик системы самонаведения, аналогичные американским.

Политическое значение этого успеха было так ве-лико, что министр Сергей Алексеевич Зверев перевел 46-ти летнего старшего научного сотрудника Гои в москву научным руководителем нии-801 (нии При-кладной физики). С его именем связано превраще-ние небольшого института с разномастной тематикой в крупный научный центр. роль курбатова в развитии отечественной фотоэлектроники трудно переоценить. он не заглушил ни одного направления, существо-вавшего в 801-м институте и сумел объединить старый коллектив выходцев из мЭи. он был, как сказали бы сейчас, харизматической личностью. Следует особо сказать о эамечательных человеческих качествах Лео-нида николаевича. он обладал редкой способностью создавать атмосферу дружелюбия. Это удавалось бла-годаря присущим ему чувству такта и доброжелатель-

«Трудно переоценить роль курбатова в становлении фотоэлектроники в стране. курбатов сказал – значит будет сделано»

Академик Алферов ж.и. – Лауреат нобелевской и Ленинской премий, коллега Леонида ивановича по Совету по физике и химии Ан СССр

«Леонид николаевич, блестящий эрудит, воспитал курбатовскую школу»Академик Гуляев Ю.в. – трижды Лауреат Госпремий СССр и Госпремии рФ,

коллега по профессорской деятельности в мФТи

Курбатов Леонид Николаевич родился 15 января в г. Скобелеве Турке-станского края (ныне г. Фергана республики Узбекистан) в русской дво-рянской семье. Образование получил в Ленинграде, закончил Политех-нический институт, где лекции по физике слушал у будущего академика И.К. Кикоина. Закончил аспирантуру Ленинградского Государственного Университета, ученик академика А.К. Теренина.Доктор физико-математических наук, на протяжении десяти лет возглав-лял кафедру физики Военно-морской Медицинской Академии. Некото-рое время работал в ГОИ. Профессор. С 1959 по 1966гг. научный руково-дитель НИИ Прикладной физики. Основатель базовой кафедры МФТИ.Член-корреспондент РАН, лауреат двух Госпремий, награжден Орденами Ленина, Октябрьской Революции, двумя Орденами Красного знамени и по-четным Орденом Петра Великого, а так же многими медалями СССР и РФ.Автор книги «Оптоэлектроника видимого и ИК-диапазонов».

выдАЮщийСя ученый в оБЛАСТи ФоТо- и оПТоЭЛекТроники

1913–2004

КУРБАТОВ ЛЕОНИД НИКОЛАЕВИч


19

ности в отношениях с сотрудниками, постоянного вни-мания к их нуждам и творческому росту.

в результате бурного развития фотоэлектрони-ки институт вырос во много раз. в течение 26 лет Л.н. курбатов участвовал в десятках важных для госу-дарства работ в области фотоэлектронных приборов и устройств ночного видения, для управления движе-нием объектов и аппаратуры лазерной техники. им заложены основы разработки многих приборов полу-проводниковой микрофотоэлектроники, лазерных из-лучателей и приборов ночного видения. Это явилось важнейшим и решающим условием внедрения образ-цов этих изделий в серийное производство.

За успешное выполнение ряда работ Леонид ни-колаевич курбатов получил в составе авторских кол-лективов две Государственные премии (1970 и 1985 гг.) и был награжден орденом Ленина, орденом октябрь-ской революции, двумя орденами Трудового красного знамени и медалями. обе Госпремии связаны с соеди-нениями A4B6. в премии 1970 г. используются поли-кристаллические слои PbS. в 1985г. Л.н. курбатов и А.д. Бритов наряду с авторами из других коллективов стали лауреатами за цикл работ «Перестраиваемые ла-зеры на полупроводниках A4B6 и молекулярная спек-троскопия высокого разрешения на их основе».

Заслуги Л.н. курбатова были оценены академика-ми и в 1972 г. он был избран член-корреспондентом Ан СССр (в последствии рАн).

Л.н. курбатов долгие годы являлся членом Бюро от-деления общей физики и астрономии Ан СССр (рАн), председателем секции «ускозонные проводники» Со-вета по физике и химии полупроводников Ан (рАн) и заместителем председателя этого Совета, руководите-лем секции межведомственного совета по квантовой электронике, главным редактором отраслевого журна-ла, членом редколлегии журналов «Физика и техника полупроводников» и «квантовая электроника».

в дальнейшем Л.н. курбатов – начальник теоре-тического отделения нТЦ ФГуП (нПо орион), а с 1993–2004 гг. – советник генерального директора по науке.

Курбатовская школаСердцем научной деятельности в нииПФ был семи-нар – знаменитые курбатовские среды. человек такого масштаба, с его университетским подходом, понимал, что без свободного обмена мнениями и достижениями поднять науку и избежать провальных решений невоз-можно: «Так ложная мудрость мерцает и тлеет пред солнцем блестящего ума».

Первоначально теоретики были из мГу от Бонч-Бруевича, ученика Ландау. Затем – физтеховцы во главе с в. осиповым. честью считалось выступить на курбатовском семинаре – из ФиАна, Ленинградского Физтеха, киева и различных институтов и школ.

в практическом плане была создана аспирантура и по существу докторантура, пополняемая из мЭи, который и ранее при 801-институте являлся основным поставщиком кадров, за тем из мФТи с кафедры фи-зической электроники, основанной Л.н. курбатовым. диссертационный совет принимал кандидатские и док-торские работы.

Была налажена прекрасная по тем временам ин-формационная система. По линии министерства при-ходили самые свежие журналы Appl, Phys, Appl.Phys letters, Phys.Rev. и др. Фотокопии делались в течение очень короткого времени.

разносторонняя натура курбатова определила ши-рокий спектр его научной деятельности: фотоэлектро-ника, оптоэлектроника, космическая плавка, вТСП, сверхнизкие температуры. он автор монографии «оп-тоэлектроника видимого и ик диапазона» (1999 г.). у курбатова более 350 публикаций. Под его руковод-ством созрело несколько десятков докторов и кандида-тов наук.

Это большие цифры, если учесть, что ставка док-тора наук в 70–80-е гг. составляла 500 руб., такая же как оклад жалования министра (для сравнения – ави-абилет до крыма стоил 23 руб.). в нииПФ А.в. изъ-юровым из министерства еще выделялись кварталь-ные премии из прибыли уральских заводов отрасли. наука была приоритетна и государство серьезно от-носилось к оплате научных работников. Это было мир-ное и достаточно либеральное, во всяком случае для естественных наук, время, пришедшее на смену эпохи международных войн и перманентной гражданской войны первой половины хх века.

нииПФ в 70–80-е гг. был выдающимся нии, кото-рый ценили известные ученые, среди них академики ж.и. Алферов, Б.м. вул, А.м. Прохоров, и.к. кикоин, член-кор. е.Ф. Гросс. в последовавшей затем трагедии науки в период реформ научные коллективы в значи-тельной степени выжили благодаря разработкам, сде-ланным во времена курбатова, в частности в области визуализации нагретых и слабонагретых тел. мы сей-час живем старым капиталом, как говорил друг Леони-да николаевича президент уро Ан вонсовский – мы погорельцы. но жизнь неистребима и семена должны прорасти.

в перестроечные времена курбатов принял актив-ное участие в учреждении Аин (академии инженер-ных наук). ее основатель лауреат нобелевской премии А.м. Прохоров считал, что распад науки на фундамен-тальную и прикладную есть удел старых наук, а в мо-лодых, в частности фото- и оптоэлектроники (которой занимался курбатов), наука сливается в единое целое с живой инженерной мыслью.

как подлинно интеллигентный человек он обладал исключительно широким кругозором. он любил и от-дыхать, как работал, активно: в горах Тянь-Шаня и кав-каза, считая, что «лучше гор могут быть только горы».

С 2005 г., в продолжение традиции курбатовского семинара, проводятся ежегодные «курбатовские чте-ния». Это студенческий и аспирантский семинар по во-просам электронного зрения и электронного носа. ру-ководитель семинара ученик Л.н. курбатова лауреат Госпремии, доктор физ.-мат. наук, проф. А.д. Бритов. в работе семинара принимают участие мЭи, мФТи, миФи, мирЭА, а так же сотрудники иоФАн, ФиАн и оАо нПо «Альфа». курбатовские чтения поддержи-вает Аин им. А.м. Прохорова и ее президент акаде-мик Ю.в. Гуляев.

Президиум Аин им. А.м. Прохорова Составил проф. Бритов А.д.

20

И.Н. МИРОшНИКОВА – зав. кафедрой полупроводниковой электроники директор института радиотехники и электроники, доктор техн. наук, профессор национальный исследовательский университет мЭи москва, российская Федерация, E-mail: [email protected]

фотоэЛеКтричесКие приемниКи иК-изЛучения: история разработКи

Представлен обзор развития инфракрасных оптико-элек-тронных систем на базе фотоэлектрических полупрово-дниковых приемников.Особое внимание уделено истории создания фотонным приемникам (фоторезисторам и фото-диодам) на основе халькогенидов свинца и антимонида ин-дия, применяемых в тепловых головках самонаведения. По-

казана роль Л.Н. Курбатова как организатора работ по внедрению оптико-электронных систем на базе узкозонных полупроводников.Ключевые слова: системы обнаружения, фотонные прием-ники лучистой энергии, фоторезисторы, фотодиоды, халько-гениды свинца, антимонид индия.

I.N. MIROShNIKOVA – head of Semiconductor Electronics department, director of radio Engineering and Electronics institute of national research University, doctor of Tech. Sciences, рrofessor national research university «moscow Power Engineering institute» moscow, russian federation, E-mail: [email protected]

photoeleCtrIC deteCtors of InfrAred rAdIAtIon: hIstory of deVelopment

The development of infrared optoelectronic systems based on photovoltaic semiconductor devices are analysed. Partic-ular attention is paid to the photoresistors and photodiodes based on lead chalcogenides and indium antimonide. The role of L.N. Kurbatov as the lider of the implementation of

optoelectronic systems based on narrow-gap semiconduc-tors is shown. Keywords: detection system, photon radiation detectors, photoconductive, photodiodes lead chalcogenides, indium antimonide.

Светлой памяти Ученого, Инженера, основоположника оптико-электронных систем на базе фотоэффекта в твердом теле Л.Н. Курбатову посвящается

Уже в первой половине XX века была осознана важ-ность точного определения координат целей против-ника, изучались и разрабатывались способы их выде-ления на окружающем фоне.

Радиотехника, прежде всего радиолокация, стала ключевой позицией во второй мировой войне. Она значила больше, чем танки или отравляющие газы в первой мировой войне.

в порядке противодействия радиолокационные системы сами превратились в объект поражения. А высокие скорости перемещения цели поражения и ограничения в скорости снаряда, поражающего цель, нарушали принцип «выстрелил-забыл», когда оператор после «выстрела» мог скрываться или переключаться на другую цель. Это было наглядно показано в первом послевоенном конфликте в юго-восточной Азии. стало необходимым создавать скрытые системы обнаружения и наблюдения за целью, обеспечение снарядов систе-мой самокоррекции на пути к цели.

Было необходимо заменить систему активного на-блюдения – прожектор, радиолокатор-излучатель си-стемой «подслушивания» для чего необходимо опре-делить основной признак – излучение цели.

Инфракрасное излучение цели и его изменение – является именно таким признаком, позволяющим вы-делять ее на подстилающем фоне, признак который часто не просто изменить или минимизировать.

в ходе второй мировой войны в Германии были разработаны и использовались теплопеленгационные радиотехнические системы, производство которых до-стигло в конце войны тысяч штук в месяц.

техническим новшеством – основой этих систем были фотонные (а не тепловые) приемники лучистой энергии, чувствительные в спектральном диапазоне 1–4 мкм. с их помощью могли быть обнаружены цели с эффективной температурой до 400 К.

сведения об этих системах: техдокументация, па-тенты, образцы, материалы и полуфабрикаты, а так же исполнители оказались в распоряжении стран-победителей. в ряде случаев часть этих работ была осве-щена в открытой литературе. Из публикаций следовало, что в качестве первичных индикаторов лучистой энер-гии использовались устройства, охлаждаемые твердой углекислотой, в которых фоточувствительным был тон-кий, толщиной около 1 мкм пленочный слой сернистого свинца, подвергнутый специальной термообработке.

Этот фоточувствительный слой (фоточувствитель-ный элемент – ФЧЭ) изготовлялся либо методом хими-ческого осаждения из смеси растворов ацетата свинца и тиомочевины в щелочной среде, известного как ре-акция «серебряного зеркала», либо методом возгонки и перегонки в вакууме, методом в общем, близким к изготовлению вакуумных фотоэлементов с внешним фотоэффектом.


21

Рис. 1 Фоторезисторы на основе PbS

Рис. 2 Типичная структурная конфигурация ФЧЭ на основе PbS

Лауреат Государственной премии Н.Д. Смирнов

После войны эти работы по «тепловой пеленга-ции» , в том числе по созданию и изучению прием-ников лучистой энергии, особенно по фотоприем-никам (ФП) на основе халькогенидов свинца, были широко развернуты в странах-союзниках. в началь-ной стадии круг работ был везде примерно одина-ков. Будучи около 1960 г. в Англии в научном центре фирмы Mullard, с.П. тибилов чувствовал себя, «как у себя в лаборатории в ГОИ им. вавилова с.И.»

в процессе же практической реализации техниче-ских идей (научно-исследовательских работ – НИР) произошло разделение, поляризация работ. так в ев-ропейских странах больше уделяли внимание рабо-там, связанным с вакуумными процессами (фирмы Mullard, Philips). в сША основным направлением были работы с химически осажденными слоями – в фирмах Istman, Codak, Filko, SBRC в Филадельфии.

Не менее широко, чем за рубежом НИР по яв-лениям в халькогенидных слоях свинца и по соз-данию фоторезисторов (ФР) на их основе про-водились и в сссР. Первыми публикациями в печати были работы ленинградцев, прежде всего Б.т. Коломийца, с.М. Рывкина, М.с. саминского. Публиковались работы, проводимые во ФтИ АН сссР им. А.Ф. Иоффе и Ленинградском электро-техническом институте (ЛЭтИ). все вместе еже-годно демонстрировалось на совещаниях в Киеве под руководством академика в.е. Лашкарева. По-явилось сообщение о разработке ФР Фс1, про-веденное в вЭИ Юматовым К.А. в лаборатории Арановича Р.М.

На заводе в г. Котовске под тамбовом был на-чат выпуск ФР ФсА1 и ФсА4, разработанных в Ленинграде.

Работы по ФП для военной техники велись, пре-жде всего, в отделе № 10 ГОИ им. вавилова с.И. в лаборатории № 16, руководимой тибиловым с.П. тесно связанной с ЦКБ КМз, где в 40-х гг. работал П. Герлих.

теплопеленгационная аппаратура для вМФ раз-рабатывалась в НИИ «Альтаир» в 4 отделе, руково-димым Н.Д. смирновым.

в 1957–1959 гг. в зарубежной литературе публи-куются обзоры, в которых сообщается о разработке ракет с автономной системой корректировки тра-ектории полета. Корректировка осуществлялась в них электронным блоком с приемником лучистой энергии. Этот блок: приемник излучения, опти-ческая система и электронная система, обеспечи-вающая передачу сигнала на систему управления ракеты, получила название тепловой головки само-наведения – тГс. Эта система тогда решала вопрос «выстрелил-забыл».

ИзвестИя

22


Рис. 3 Первая американская управляемая ракета класса «воздух–воздух» малой дальности «Фэлкон» (англ. AIM-4 Falcon – Сокол)

Рис. 4 Первый переносной зенитно-ракетный комплекс США FIM-43 Рэдай (англ. General Dynamics FIM-43 Redeye)

Рис. 5 Самонаводящийся снаряд «воздух-воздух» «Сайдуиндер» (англ. AIM-9 Sidewinder)

Рис. 6 К13 (по классификации МО США и НАТО – AA-2 Atoll)

Рис. 7. FIM-43 Рэдай Разработан в США компанией Дженерал Дайнемикс

Рис. 8. Хокер Сиддли «Ред Топ» (англ. Hawker Siddeley Red Top – Красный волчёк) – британская ракета класса «воздух-воздух» малой дальности с инфракрасной головкой самонаведения, выпущенная компанией Hawker Siddeley Dynamic

◀3

◀5

4▶

6▶

▲7

◀8


23

в сША такими системами были AIM-4, AIM-9, FIM43, в Англии «Файстик», Редтоп, во Франции Ma-tra-R511. во всех этих системах использовались неох-лажденные ФР на основе PbS.

в этом же направлении велись работы и в Москве. в 1957–1958 гг. в составе лабаратории № 8 НИИ-801 работала группа, возглавляемая с.А. Кауфманом и О.Н. Громовой, которая в ограниченном объеме вела НИОКР по ФР на основе PbS и PbSe.

По поручению руководства государственного ко-митета М.М. Бутслов (лауреат Ленинской премии, доктор технических наук, профессор) создал рабочую группу, включившую специалистов из отраслевых НИИ и ФтИ им. Иоффе, включая Б.т. Коломийца. в работе рабочей группы специалисты промышленно-сти постоянно не участвовали.

Ориентировочный срок окончания работ по двум таким системам ограничивался 1960 г. Относитель-но спокойный характер этих работ кончился в ноя-бре 1958 г. Учитывая результаты применения ракет системы воздух-воздух «сайдуиндер» (англ. AIM-9 Sidewinder, рис. 4), разработанных Мак Лиином в Чай-на Лейк сити, было принято решение об их полном воспроизведении и организации их серийного произ-водства в сжатые сроки. Главным конструктором бу-дущей ракеты, получившей шифр К-13, был назначен И.И.торопов.

Разработку тГс и неконтактного ИК взрывателя НОв К13 возложили на Д.М. Хорола (Герой соц. труда, д.т.н., профессор) НИИ-569 (ныне ЦКБ Геофизика), а разработка фотоприемников для тГс и неконтактных оптических взрывателей (НОв) была поручена НПО Орион (тогда НИИ-801) и его заместителю руководи-теля по научной части – М.М. Бутслову.

в первые же месяцы работы группы выяснилось, что привлеченные НИИ не располагают ни ФП, ана-логичными американским, ни даже ясными путями их создания, хотя в то время считалось, что отечествен-ная наука в этом направлении находилась на мировом уровне. Причинами этих заблуждений отчасти было отсутствие единой методики измерений параметров и характеристик, как в мире, так и в сссР. Резко отлича-лись и электрические режимы, в которых использова-лись фоторезисторы.

технологический цикл изготовления ФЧЭ ФР в то время составлял 6–9 месяцев. Реальная производ-ственная база по изготовлению ФЧЭ в институтах отсутствовала, а небольшие заделы заготовок ФЧЭ, какими располагал НИИ, были расточительно исполь-зованы в первые же месяцы 1959 г.

Ключевую роль в решении вопроса с ФР для тГс К-13 в 1959 г. сыграл коллектив лаборатории № 16 ГОИ, возглавляемый с.П. тибиловым при научных консультациях Л.Н. Курбатова.

его сотрудник М.с. Давыдов освоил и реали-зовал в виде экспериментальных образцов новую методику химического формирования фоточувстви-тельного слоя без высокотемпературного нагрева. У этих образцов при низких частотах модуляции излучения отсутствовала компонента избыточных шумов, что позволило улучшить основной параметр фоторезистора D* (обнаружительную способность) в 2–3 раза. Этот же параметр – D* сохранялся в ши-роком диапазоне напряжения питания. существенно сократился и срок стабилизации ФЧ слоя после его формирования.

с учетом этой работы в НИИ-10 – ныне НПО «Аль-таир», к середине 1959 г. А.с. егоров-Кузьмин разра-

Торопов И.И. (1907–1977 гг.) Академик Л.Н. Курбатов (1913–2004 гг.)

ИзвестИя

24


ботал и обеспечил изготовление экспериментальных образцов фоторезисторов для тГс К-13. Производство фоторезистора 6 АН НИИ «Альтаир» внедрил на завод в г. Котовске. тогда же в ГОИ с.П. тибилов обеспечил конструктивное оформление разработанного ФЧ слоя, близкое к американскому аналогу, которое могло быть использовано в НОв-К-13 (в неконтактном оптиче-ском взрывателе).

Первым самолетом, на котором использовалась система К-13, стал МиГ-19 с головкой самонаведения (ГсН) ИГс-59 (НИИ-10 – ныне НПО «Альтаир») или тГс-13 (НИИ-569 – ныне сКБ «Геофизика»).

На этом техническом фоне работы НИИ-801 ру-ководству страны представлялись неудовлетвори-тельными. Не ограничиваясь кадровыми измене-ниями, было произведено перемещение НИИ-801 в систему государственного комитета по оборонной технике. тогда это перемещение, как и перемещение НИИ «Альтаир» в систему государственного коми-тета по судостроению не казалось принципиальным для инженерно-технических работников. Однако в 60 гг. с возрождением министерств перевод в си-стему министерства оборонной промышленности (МОП) разработок и производства ФП для военной техники привел к разрыву связей на уровне пред-приятий и практически лишил разработчиков ФП доступа к отечественному оборудованию, предна-значенному для производства полупроводниковых приборов-радиоэлементов.

в эти же годы изменился порядок и сам ход НИ-ОКР. если ранее ФП, как и все радиоэлементы, рас-сматривались как изделия межведомственного при-менения с утверждением техдокументации в головном министерстве, то с середины 60-х гг. они становятся составными частями основного оптико-электронно-го изделия. в этих условиях главный конструктор ОКР по ФП рассматривался как заместитель главного конструктора всего оптико-электронного комплекса. Число собственных НИР и ОКР по ФП было огра-ничено, что существенно сокращало их техническую перспективу. становясь посредником между предпри-ятием – разработчиком ФП и предприятием разработ-чиком комплекса, главный конструктор ФП часто ока-зывался в сложном положении.

После перевода в систему Госкомитета по оборон-ной технике (ГКОт) и смены руководства в НИИ-801 произошла принципиальная техническая переори-ентация: были созданы хорошо укомплектованные лаборатории.

Особенно напряженно работала лаборатория № 25, НИИПФ возглавляемая е.А. Красовским. ей, вновь организованной, пришлось в 1959 г, завершить работы по доведению разработанного на уровне эксперимен-

тального образца ФП для НОв К-13 – ФР «04 АН» до серийного производства на московском заводе (Мз) «сапфир» и таллинском заводе им. Пегельмана.

На МиГ-21Ф-13 с августа 1959 г. ставилась система К-13А с ГсН 451-К, контактным взрывателем И-107, оптическим Нв «454-К» (НОв-13К).

в течение нескольких лет работы этой лаборатории и ее руководитель приковывали внимание инженерной общественности, связанной с фотоприемниками. НОв используется лишь в ограниченной группе тГс, и раз-работка ФР 04 АН носила локальный характер, но она инициировала широкий круг проблем, приобретших союзное значение. Документооборот между НИИПФ и представителем заказчика ввс по этому изделию положил начало стандартизации документации на раз-работку и производство ФП. Эта работа инициировала создание РтМ 01-61 по методам измерения и оценки ФП, легших в основу целого ряда ГОстов.

На фоне работ по системе К-13 неприметным было завершение двух оригинальных работ по соз-данию первых отечественных тепловых головок самонаведения (тГс) C1Д58 и C59. ФР для C1Д58 основан на так называемой «физической» методике изготовления ФЧЭ. его основы были описаны еще Б.т. Коломийцем. Разработанная на Мз «сапфир», эта технология синтезировала комплекс работ ГОИ (Г.И. Капилевича), НИИ-801 (с.А. Кауфмана), ЦКБ Красногорского механического завода (КМз - ОАО «Красногорский завод им. с.А. зверева») (Новицко-го, П. Герлиха).

Получаемые по этой технологии ФЧЭ имели не-плохую частотную характеристику чувствительно-сти – в 2–4 лучшую по постоянной времени – τ, чем химические ФР 6АН, высокую интегральную чувстви-тельность при широкой спектральной характеристике. Недостатками этих ФЧЭ были избыточные шумы при низких частотах электронного тракта усиления и не-высокое значение постоянного рабочего напряжения. в реальных условиях C1Д58 при высоких частотах модуляции сигнала «физические» ФЧЭ не уступали каким-либо другим.

Разработка и особенно внедрение в производство этих фоторезисторов Фс2АН и ФНУ-60 было не так драматичны для их главных конструкторов, как в слу-чае с ФП комплекса К-13, чего нельзя сказать о ру-ководителях заводов, где происходило их внедрение (е.Н. скогореве, в.т. Денисове, Гинтере), разделив-ших судьбу директора НИИ-801 в.Г. Нырыкова.

стабилизация производства на заводах в Москве и таллине, отнимавшая много сил работников НИИ-801, позволила в НИИ, прежде всего в лаборатории № 25, создать ряд оригинальных ФР для ОГс (оптическая головка самонаведения), зУРс (зенитных управляе-


25

С. П. Непобедимый Д.Н. Наследов

мых ракетных систем), разработанных ЛОМО для комплексов «стрела 1» и «стрела 2» (1968 г.).

Эти комплексы неплохо зарекомендовали себя в событиях на ближнем востоке, и, как считал глав-ный конструктор этих переносных ракетно-зенитных комплексов (ПРзК) с.П. Непобедимый, в сША из-за их наличия была проведена коррекция конструкции самолетов огневой поддержки войск.

за ними последовала целая серия ПзРК: «стрела-2М» (1970), «стрела-3» (1974), «Игла-1» (1981), «Игла» (1983), при этом впервые в мировой практике были решены сложные технические задачи по обе-спечению эффективной стрельбы навстречу в усло-виях воздействия активных тепловых помех и других факторов.

После перемещения производства ФР для этих систем 9Э41, 9Э42, 9Э46 оно было завершено на за-воде Кварц в г. Черновцы, где в 80-е годы технология производства этих изделий стала для советского со-юза базовой.

в 60-е гг. в сША была модернизирована ракета AIM9. в модификации «9D» ее дальность увеличи-лась с 3.5–4 до 18 км.

Аналогичные работы по модернизации комплек-са К-13 в части тГс были возложены на завод «Ар-сенал», г. Киев (в.Н. сахаров, И.Н. Полосин). суть модернизации сводилась к смещению рабочего спек-трального диапазона излучения за счет охлаждения ФЧЭ фоторезистора до 80...90 К, изменение оптики тГс, схемы электрического питания ФП.

Модернизированные варианты К-13Р (ими в 1965–1967 гг. были оснащены МиГ-21с/сМ/сМт); К-13М (начало разработки – ноябрь 1967 г.) с ГсН «Иней» (КБ «Арсенал», Киев); К-13МУ с ГсН «Иней-80» 1985 г.; К-13М1 (К-13М1) на МиГ-23МЛ

Рис. 9 ПЗРК «Стрела-2»

Рис. 10 Переносной зенитный ракетный комплекс «ИГЛА» 9К38

ИзвестИя

26


(начало разработок – 1975 г., серия на заводе 1977–1981 гг.).

следует отметить, что во время модернизации не проводилось полное копирование американского ана-лога. в связи с этим разрабатываемый в НИИПФ ФР, главный конструктор в.Г. Буткевич, не полностью со-ответствовал прототипу.

Хотя к концу 60-х гг. предприятия МОП и НИИ-801 накопил опыт создания охлаждаемых ФП и их про-мышленного производства, создание ФП для тГс, по-лучившей шифр «Ин-70», оказалось сложной техниче-ской задачей.

Конструкция ФП вместе с системой охлаждения, включавшей пневмоэлектроклапан, была для разра-ботчиков непривычна, но она была неплохо реализо-вана с.И. васильевым.

При разработке ФР 6 АН тГс К-13 А.с. егоров-Кузьмин использовал химическую технологию ГОИ, близкую к американской SBRC. в.Г. Буткевич решил базироваться на «физической» технологии, хорошо знакомой ему. Аналогичная технология была базовой для Мз «сапфир», по которой изготовлялись различ-ные неохлаждаемые ФР для тГс и НОв.

Первые трудности возникли при сопряжении ФЧЭ на стеклянной подложке с линзами из титаната строн-ция из-за различия их коэффициента расширения. с помощью Л.Н. Курбатова после разработки нового клея УК-2 эта проблема была решена. в ходе испыта-ний и эксплуатации тГс возникло предположение, что сама вакуумная конструкция ФР не пригодна для «фи-зического» ФЧЭ. Объективные материалы по стабиль-ности правильно (по технологии) сформированных ФЧЭ с приклеенными линзами из титаната стронция или фианита при давлении воздуха ~10–3 ÷10–4 мм рт.ст. в общем не приводились. в этих условиях, в предпо-ложении об возможном катастрофическом росте со-противления ФР при его длительном хранении была проведена работа «Иней 1М» по модернизации ФП.

Модернизация корпуса ФР, проведенная с.И. ва-силь евым и е.Н. скогоревым, с введением своеобраз-ного геттера была достаточно разумна, но одновре-менно были изменены размеры ФЧЭ, почти в 2 раза повысилась напряженность электрического поля, что критично для «физического» ФЧЭ из-за низкочастот-ных шумов.

Этот пересмотр конструкции ФР не сопровождался изменениями норм пооперационного контроля. Фор-мально в результате модернизации резко (в разы) воз-рос процент выхода годных, считая от стеклянной за-готовки, но вскоре при наладке и эксплуатации в тГс стали возникать аномальные шумы.

Как водится в таких случаях, был введен дополни-тельный контроль уже собранных ФР, который ока-

зался неэффективным. Ни в.Г. Буткевич, занятый в то время разработкой ФП для перспективнейших тепло-пеленгаторов, ни разработчики московского завода (Мз) «сапфир», занятые монокристаллическими ФП из InSb и кремниевыми p-i-n-фотодиодами, в работах по устранению дефектов ФР «Иней 1М» участия не принимали.

сами же производственники не шли даже на введе-ние объективного операционного контроля и дополни-тельных выдержек, т.к. они ухудшали технико-эконо-мические показатели, хотя стоимость исходных ФЧЭ ничтожно мала. История с шумами ФР «Иней 1М» не-рвировала руководство министерства оборонной про-мышленности, московского завода «сапфир» и частич-но НИИПФ вплоть до снятия комплекса с производства.

Немного оптимистичнее работы по созданию ФП для тГс зУРс «Игла». в этой тГс два инфракрасных канала в диапазоне 2 и 4 мкм. Особенность работы ко-ротковолнового канала с ФР из PbS состоит в том, что рабочая температура на корпусе его фотоприемника может меняться в широких пределах от 340 до 200 К. При этом напряжение выходного сигнала должно быть относительно стабильным, а постоянная времени при т 300К не должна была превышать при 340 К 100 мкс, а при 200 К 250÷300 мкс.

Для решения этой задачи в отделе А.А. Гольден-вейзера, Л.Н. залевской была разработана технология получения крупнокристаллических химически осажда-емых пленок PbS с размером зерен до 1.5 мкм (рис. 11).

Для формирования ФЧ слоя используются спе-циально матированные подложки, а в растворах ис-пользуются дитионит (сульфит) натрия. Известную

Рис. 11 Морфология поверхности «крупноблочных» химически осаждаемых пленок PbS


27

помощь в этой работе оказали труды Уральского Поли-технического института. На протяжении двух послед-них достижений эти фоторезисторы остаются самыми востребованными.

ТГС на основе InSb

Освоение второго окна прозрачности атмосферы (4–5 мкм) тГс начато в конце 50-х гг. По расчетам, в случае замены неохлаждаемого ФР на основе PbS в тГс на ФР на основе PbTe при аналогичной чувстви-тельности в спектральном максимуме следовало ожи-дать увеличения дальности целеуказания в 4÷5 раз при температуре объекта 500 К.

К этому времени в ГОИ были созданы экспери-ментальные образцы вакуумных ФР на основе PbSe и PbTe, обладавших приемлемой чувствительностью (НИР «Гиацинт»), в НИИ-801 был разработан ряд ФР на основе PbS, изготовляемых «физическим» ме-тодом. Один из них (ОКР «Элемент») конструктив-но сочетался с проектируемыми в ЦКБ «Геофизика» тГс. в ГОИ и НИИПФ на монокристаллах из InSb электронного типа, разработанных в отделе Абрико-сова ИМета (Институт металлургии и материалове-дения им. А.А. Байкова РАН), создавались чувстви-тельные структуры и экспериментальные образцы фотоприемников.

Фотовольтаические приемники на InSb не могли согласовываться с электронными блоками из-за их малого электрического сопротивления. «Физические» ФР из PbSе были нестабильны при хранении и эксплу-атации. Химические ФР из PbS, работающие при 80 К, тогда еще не были созданы в ГОИ М.с. Давыдовым. Для проектируемых на диапазон 4–5 мкм тГс с непод-вижным модуляционным растром вакуумные ФР были конструктивно непригодны.

К середине 50-х гг. в лаборатории Д.Н. Наследо-ва ФтИ при участии НИИ «Альтаир» были созданы экспериментальные образцы ФР с высокими по тому времени параметрами (НИР «Энергия», «Лето»). Для их изготовления использовался особо чистый InSb ды-рочного типа (при 80 К). Этот материал получался во ФтИ после многократных (до 30) зонных очисток в виде небольших, миллиметровых блоков.

Перед ГИРеДМетом была поставлена госу-дарственная задача (постановление № 397-161 от 9.04.1960 г.) по разработке регламента (технологии изготовления) производства чистого InSb в ПХМз на основе работ ФтИ. Из этого материала на Мз «сап-фир» к концу 1962 г. должны были быть изготовлены опытные образцы ФР для использования их в тепло-пеленгационной аппаратуре. До середины 60-х гг. ве-дущие специалисты, в том числе руководитель работы в этом направлении в НИИПФ Г.А. Казанцев, считали,

что при наличии такого чистого материала в разработ-ке и изготовлении ФР для военной техники не будет особых проблем, именно поэтому такая работа и была поручена Мз «сапфир».

в 1961 г. стало очевидным, что в указанные в по-становлении сроки ни на Подольском химико-метал-лургическом заводе (ПХМз), ни в лаборатории Ги-редмета (Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промыш-ленности - ОАО «Гиредмет» ГНЦ РФ), руководимой Л.я. Кролем, в промышленных количествах указан-ный материал получен быть не может. На представи-тельном совещании, организованном Л.Н. Курбато-вым в 1961 г., начальник отдела материалов НИИПФ Ф.Ф. Харахорин утверждал, что только для создания научной основы технологии такого материала потре-буются годы. Присутствующий Д.Н. Наследов посчи-тал эти сроки и объекты работ завышенными, но не отрицал сложности проблемы. Но и в этих условиях не поднимался вопрос о корректировке сроков изготовле-ния фоторезисторов.

в этих условиях разработчики Мз «сапфир» нача-ли поиск альтернативного материала.

сотрудница ГИРеДМета в.с. Ивлева предло-жила рассмотреть работы, проводимые аспиранткой Ф.Ф. Харахорина Л.А. Бовиной, которая исследовала пути создания монокристаллов InSb с дырочной про-водимостью при температуре жидкого азота, облада-ющих низкой концентрацией основных носителей. Ранее в ИМет им. Байкова была создана методика изготовления монокристаллов InSb с n ∝ 1012 см–3 при т = 80 К, т.е. материала высокой чистоты. сутью ра-боты Л.А. Бовиной была обработка этого материала компенсирующей примесью так, чтобы концентра-ция дырок была 1012 см–3 при т = 80 К. Получаемые Л.А. Бовиной монокристаллы по ряду причин были более привлекательны для производства по сравнению с блочным материалом, получаемом по технологии ФтИ, но обладали в 10–20 раз большей концентрацией основных носителей. По существовавшим тогда пред-ставлениям чувствительность ФП обратно пропорци-ональна концентрация носителей тока. Это справед-ливо для идеальной модели ФЧЭ, не учитывающей ни реального фонового облучения внутри ФП, ни состоя-ния реальной поверхности ФЧЭ.

в течение года проводилась напряженная работа по поискам путей использования компенсированного ма-териала для изготовления ФП для тГс, и все же тогда разработчики пошли на риск, переходя на компенсиро-ванный материал взамен особого чистого.

Иными словами, Моссавпартхоз, которому был подчинен Мз «сапфир», не стал жаловаться на ГК цветных металлов за срыв Постановления с происте-

ИзвестИя

28


кающей отсюда ответственностью. Это действие в ГК по оборонной технике рассматривалось как авантюра со стороны Мз «сапфир», хотя к середине 1963 г. было показано, что ФР из компенсированного материала Л.А. Бовиной при угле поля зрения 60–90˚ не уступа-ют по своим фотоэлектрическим параметрам ФР из «чистого» InSb р материала, полученного по методу ФтИ в ГИРеДМет’е.

в конце 1963 г. ОКР «Энергия» на Мз «сапфир» была завершена и в мае 1964 г. принята комиссией. Однако весь 1964 г. Головные предприятия ГКОт ЦКБ «Геофизика» и НИИПФ не спешили с использованием как самого компенсированного материла, так и ФР, из-готовленных из него.

Последовательно поддерживал работы по созда-нию ФР из компенсированного материала НИИ «Аль-таир», поручивший Мз «сапфир» разработку ФП для системы ракеты морского базирования. в 1974 г. со-трудники НИИ П.А. Богомолов и О.И. Купчинский были введены в авторский коллектив, представленный на Госпремию за разработку ФР из InSb для военной техники и получивший Госпремию в 1975 г.

в 1965–1968 гг. ответственность за НИОКР для тГс из InSb и обеспечение опытными образцами ФР из InSb, прежде всего ЦКБ «Геофизика», лежала на Мз «сапфир», которому оказывал серьезную помощь отдел с.П. тибилова (М.Н. Колбин, е.в. Прокофьев). в эти годы в ГОИ и НИИ-801 было посвящено много диссертационных работ вопросам влияния состояния поверхности его кристалла (ФЧЭ), контактов и при-контактной зоны, клеев и окружающей атмосферы на параметры и характеристики фоторезистора.

само признание компенсированного материала еще не означало его получение. Л.А. Бовина могла из-готовить в год около 100 граммов нужного материала, а его потребность в 1965 г. только завода «сапфир» превышала 1 кг. Работы в ПХМз и ОХМз по освое-нию производства только развертывались, правда, при жестком контроле со стороны министерства.

Очень своевременными оказались работы ГИПО (ФГУП «Государственный институт прикладной опти-ки, научно-производственное объединение»). в отде-ле, руководимом Н.Л. Цициной и И.с. Аверьяновым, обеспечили выпуск значительного количества компен-сированного монокристаллического InSb р-типа, рас-пределение которого по потребителям проводил сам Л.Н. Курбатов.

После того, как И.И. таубкин возглавил в НИИПФ (НИИ-801) лабораторию по фотоприемникам из InSb, на него легла основная ответственность за НИОКР, проводимые в интересах МОПа.

за 3–5 лет им, совместно с в.с. зиновьевым, были обеспечены разработки для зУРс «стрела-3», «ви-

раж», заменен фоторезистор Фс14ДА Мз «сапфир» на перспективный Фс35ДА (светлана-5а). Конструк-ция, разработанная в ОКР «светлана-5», ее принцип стали базовыми в устройствах с другими чувствитель-ными элементами (КРт, фотодиодами).

Принцип капсульной конструкции с прохождением рабочего излучения через подложку при нахождении свободной поверхности кристалла в осушенном ней-тральном газе оказал решающее влияние на все рабо-ты, проводимые в этом направлении. в общем, схема ФЧЭ, в которой ИК излучение облучает поверхность кристалла, противоположную расположению контакт-ных электродов, использовалась в работах Мз «сап-фир» и ГОИ, но в малой автономной капсуле НИИПФ излучение проходило через слой клея, а противопо-ложная плоскость монокристалла находилась в газо-вой атмосфере, а не в вакууме, как практиковалось в работах Мз «сапфир», вЭИ, НИИ «Альтаир» и ФтИ им. Иоффе.

К середине 70-х гг. усилиями ПХМз (Н.Г. Неро-нова, Б.в. смирнов, с.М. Мальвинов) и ГИРеДМета (в.с. Ивлева, А.Н. Попков) была полностью решена проблема InSb р-типа, в чем определенную помощь оказал Ф.Ф. Харахорин, также включенный в автор-ский коллектив на Госпремию в 1975 г.

в это время состояние отечественного производ-ства ФП для тГс и ОГс не вызывало особого бес-покойства. Правда представители МО Климов А.в. и Усольцев И.Ф. считали, что уровень параметров отече-ственных ФП на 30 % хуже зарубежных, что не поме-шало последнему войти в тот же авторский коллектив.

Разработчики и изготовители тГс не видели путей улучшения D* ФР из InSb, поскольку D*min у типичных фоторезисторов – ФР134 (сапфир) и Фс25DА (Клен) была близка к радиационному пределу, учитывая ре-альное излучение фона тГс, т.е. достигла своего тео-ретического максимума.

Перспективной представлялась замена фоторези-стивного фоточувствительного кристалла на кристалл с р-n-переходом.

Ориентировочные расчеты показывали: при такой замене возможность повышения D* в 1,4 раза, а при низких рабочих частотах усилительного тракта, где существенны «избыточные» шумы, повышение могло быть до двух раз. Предполагалось, что при этой замене могли улучшиться эксплуатационные характеристики фотоприемников.

Обнадеживающе выглядели работы с ФП для те-плопеленгационной и тепловизионной аппаратуры, в которых использовались структуры с поперечным фо-тоэффектом, в свое время описанных Шайвом Дж.Н. У этих ФП ФЧЭ представлял узкую полоску, около 0.1 мм, что тогда не применялось в тГс.


29

с середины 60-х гг. специалисты по ФП из InSb пер-воначально в научном плане, особенно И.И. таубкин, обратились к структурам, в которых реализовывался эффект Мосса-Бурштейна, т.е. с сильно легированной электронной областью р-n-перехода. Предполагалось, что с помощью этих структур можно реализовать ква-дратные площадки значительной протяженностью, до 2–3 мм при высокой равномерности чувствительности на всей фоточувствительной площади.

К середине 70-х гг. в НИИПФ Ю.М. Люстров под руководством И.И. таубкина разработал для ГсХ-3 аналог ФР-134 с ФЧЭ на глубокозалегающем в кри-сталл р-n-переходе. Прорабатывался вариант ФП для комплекса «Игла». ФЧ структуры для этих ФП изго-товлялись так называемым «поверхностно-сплавным» методом. естественно для создания нового ФЧЭ фото-приемника потребовалась не только сама полупрово-дниковая структура, но и разработка оптимальных ме-тодов ее обработки.

в конце 70-х гг. на Мз «сапфир» по технологии НИИПФ было изготовлено свыше 100 штук ФП для ГсХ-3 и, хотя они и не привели к существенному улуч-шению характеристик ГсХ-3, видимо из-за высоких и неравномерных полей излучения фона в координато-ре, они показали возможность использования фото-приемников с такими структурами в тГс.

Интенсивная работа в течение второй половины 70-х гг. на Мз «сапфир» с ЦКБ «Геофизика» приве-ла к созданию двух новых тГс с ФП на поверхност-но-сплавном р-n-переходе. Корректно пересчитанные этих фотодиодов были более чем в 2 раза выше своих фоторезистивных аналогов, лучше были и их эксплуа-тационные характеристики.

существенно, что реализация новых ФП в аппарату-ре произошла, когда в НПО «Адрон» (Новосибирский завод полупроводниковых приборов) было освоено про-изводство микросборки «Разбег», позволившая в ЦКБ «Геофизика» легко согласовывать ФП с блоком электро-ники тГс.

Полученные результаты позволили широко раз-вернуть на Мз «сапфир» работы по созданию ФД из InSb для новых тГс. Для этих ФП использовались как поверхностно-сплавные структуры (разработчики ФП Мовшович Л.в., Дорошенко Л.Н.), так и структуры с

«тянутым» р-n-переходом (Исмагилова Э.А.). такие структуры были созданы в ИМет’е Н.Х. Абрикосо-вым, М.с. Миргаловской, М.Р. Раухманом и произво-дились ПХМз.

Работы на Мз «сапфир» проводились при научном руководстве И.И. таубкина и Ю.М. Люстрова, а затем при консультации в.А. Морозова и в.Г. тихонова.

Переход разработчиков тГс на малоразмерные многоцветные ФЧ структуры – от 1÷2 мм до 0,1 мм существенно усложнил и даже в ряде случаев исклю-чил использование структур с глубоко залегающим р-n-переходом.

Для создания ФП с такими ФЧЭ требовались пла-нарные (с мелким р-n-переходом) структуры. тех-нологически это могли быть методы диффузии из газовой фазы, осуществлявшиеся в НИИПФ Мозжо-риным Ю.М. и методом ионной имплантации Mg и Be. создание ФД структур при внедрении в InSb бериллия проводилось в Новосибирске Н.Н. Герасименко и в НИИФП А. емельяновым, с.в. Белотеловым.

Обнадеживающие результаты по получению мно-гоэлементных структур ФЧЭ, полученных ионной им-плантацией Be в InSb, пригодных для использования в тГс, были получены к 1980 г. с.в. Белотеловым, А. емельяновым и в.П. ежовым (НИР «Удар»).

К середине 80-х гг. на этой основе на Мз «сапфир» был разработан ряд экспериментальных образцов многоэлементных многоцветных ФП для тГс (НИР «Логика», «Кентавр», «Оникс» и др.).

К концу 80-х гг. совместными усилиями завода «сапфир» и НИИПФ была создана промышленная технология изготовления многоэлементных ФЧЭ. По мнению Л.Н. Курбатова, к этому времени не все де-фекты полностью были устранены, но понимание их причин позволяет избавиться от них в ближайшее время.

Даже в сложный период конца века созданный тех-нический задел позволил не только сохранить на Мз «сапфир» производство указанной технологии, но и провести модернизацию некоторых ФД (Ю.Н. Про-шкин) и модернизацию ФПУ для тГс (в.П. Аста-хов, т.Н. телица), завершается разработка и ряда новых ФП для многоцветных тГс (Ю.Н. Прошкин, с.Г. Кузюков).

Сведения об авторe information about author

мирошникова ирина николаевназав. кафедрой полупроводниковой электроники

директор института радиотехники и электроники доктор техн. наук, профессор

Национальный исследовательский университет МЭИМосква, Российская Федерация

E-mail: [email protected]

miroshnikova irina nikolaevnaHead of Semiconductor Electronics DepartmentDirector of Radio Engineering and Electronics Institute of National Research University, Doctor of Tech. Sciences, professorNational research university «Moscow Power Engineering Institute»Moscow, Russian FederationE-mail: [email protected]

30

К высоким технологиям материалов необходимо отнести технологии современной керамики с высо-кими эксплуатационными свойствами – керамику нового поколения, разрабатываемую в последние годы во многих странах, в том числе и в нашей стра-не. Наиболее перспективными являются несколько групп керамических материалов, которые позволя-ют решать важные научные и технические пробле-мы, связанные с развитием новой техники. I группа Высокоплотные, прочные, износо-стойкие керамические материалы на основе частич-но стабилизированного диоксида циркония, оксида алюминия, композиций на основе смеси этих оксидов.

с открытием трансформационного упрочнения ЧсДЦ направления решения проблем в области по-лучения прочных и особопрочных керамических

материалов были направлены в основном с исполь-зованием ЧсДЦ и композиций с другими оксидами. Большинство передовых стран стали заниматься тех-нологией изготовления изделий из ЧсДЦ, изучением их свойств и возможных областей применения. Кроме ЧсДЦ широко используют керамические материалы системы Al2O3 – ZrO2, в которых диоксид циркония находится в тетрагональной модификации (стабили-затор – 3 % оксида иттрия, молярное содержание).

Прочность на изгиб керамики из ЧсДЦ коле-блется в широких пределах – от 500 до 2500 МПа в зависимости от технологии получения порошков, методов формования и режима спекания изделий. Наибольшие значения предела прочности при изги-бе (до 2000–2500 МПа) и трещиностойкости (более 15 МПа·м1/2) достигнуты при спекании заготовок

Е.С. ЛУКИН – доктор техн. наук, профессор, E-mail: [email protected]Н.А. ПОПОВА – старший преподавательЕ.В. АНУфРИЕВА – аспирантМ.Н. САфИНА – аспирант российский химико-технологический институт им. д. и. менделееваЕ.И. ГОРЕЛИК – канд. мед. наук российская медицинская академия последипломного образования минздраваИ.Н. САБУРИНА – канд. биол. наук институт реабилитации и клеточных технологий им. А.я. ФриденштейнаЭ.Н. МУРАВьЕВ – ученый секретарь отделения физико-химии и технологии перспективных материалов им. А.м. Прохорова, чл.-корр. Аин им. А.м. Прохоровамосква, российская Федерация

современная оКсидная КерамиКа и обЛасти ее примененияПриведены результаты исследований по получению совре-менных керамических материалов с высокими эксплуатаци-онными свойствами. Рассмотрены технологические особен-ности создания высокоплотной износостойкой керамики на основе частично стабилизированного диоксида циркония, оксида алюминия, смеси этих оксидов, плотных и пористых материалов из оксида алюминия, циркония, магния, кар-

бида кремния, биоактивной керамики на основе гидрок-сиапатита и трикальцийфосфата. Показаны перспективы применения новых керамических материалов для решения современных научных и технических задач.Ключевые слова: диоксид циркония, оксид алюминия, прочность, нанопорошки, подложка, радиоционно-стойкая керамика, пористая и ячеистая керамика, гидроксиапатит.

E.S. LUKIN – doctor of Tech. Sciences, Professor, E-mail: [email protected].А. POPOVA – Senior LecturerE.V. ANUFRIEVA – Postgraduate StudentM.N. SAFINA – Postgraduate Student mendeleyev University of Chemical Technology of russiaE.I. GORELIK – Cand. of med. Sciences russian medical Academy of Post-diploma EducationI.N. SABURINA – Cand. Biological Sciences friedenstein institute of rehabilitation and Cellular TechnologiesE.N. MURAVyOV – Corresponding member, Scientific Secretary of the department of physicochemistry and technology of advanced materialsmoscow, russian federation

noVel oxIde CerAmICs And fIelds of Its ApplICAtIonThis paper presents an overview of novel ceramic materi-als with high service properties. Technological features of manufacturing ceramic materials based on partially stabi-lised zirconia, alumina and mixture thereof with high density and durability, dense and porous zirconia, alumina, magne-sium oxide, silicon carbide ceramics, bio-active hydroxyapa-

tite and tribasic calcium phosphate ceramics are discussed. Possible application fields for novel ceramic materials are suggested.Keywords: zirconia, alumina, strength, nanopowders, padded, of Radiation-resistant ceramics, porous and cellular ceramics, hydroxyapatite.


31

из ультрадисперсных порошков методом горячего изостатического прессования [1]. с использовани-ем обычного спекания можно достичь прочности 800–1000 МПа [2].

Достоинствами керамических материалов на ос-нове ЧсДЦ помимо высокой прочности и трещино-стойкости являются значительная твердость, стойко-сти к износу, низкий коэффициент трения в сочетании с металлами, возможность получения очень высокой чистоты поверхности (Rz до 0,01 мкм). Из этой кера-мики изготавливают разнообразные нитеводители и фильеры, режущий и сверлильный инструменты для обработки металлов и древесины, шарики для раз-личного применения, износостойкие изделия любого назначения, изделия с разнообразной пористостью и высокой прочностью и др.

Упрочнение материалов из ЧсДЦ основано на создании ультрадисперсной структуры в керами-ке с высоким содержанием тетрагональной фазы, способной претерпевать превращение в моноклин-ную с увеличением объема под действием механи-ческих напряжений на острие трещины, что при-водит к ее закрытию. Для дальнейшего развития трещины необходимо приложение дополнитель-ных механических напряжений, что и повышает прочность изделий.

такой механизм имеет место только в том случае, если в керамике после обжига сохраняется размер кристаллов значительно менее 1 мкм (рис. 1), так как тетрагональный твердый раствор оксида иттрия в диоксиде циркония является метастабильным. При превышении указанного размера кристаллов проис-ходит резкое разупрочнение из-за перехода тетраго-нальной фазы в моноклинную, т. е. полиморфный переход с увеличением объема.

в связи с отмеченными способностями микро-структуры керамики из ЧсДЦ один из основных эта-пов технологии – изготовление ультратонких порош-ков тетрагонального диоксида циркония.

На кафедре химической технологии керамики и огнеупоров РХтУ им. Д. И. Менделеева в начале 80-х годов был разработан метод изготовления уль-тратонких порошков ЧсДЦ, заключающийся в гете-рофазном осаждении гидроксидов из горячих кон-центрированных растворов солей циркония и иттрия в растворе аммиака.

Применение специальных условий осаждения и механоактивации порошков позволяет получать агрегаты размером менее 0,1 мкм, которые состоят из частиц, имеющих размер несколько десятков нано-метров (рис. 2). Из таких порошков с использовани-ем прессования в гидростате и спекания в газостате при температуре 1400–1500 ºс изготовлена керамика с прочностью на изгиб до 2500 МПа [3].

Недостатками керамики из ЧсДЦ считают воз-можное уменьшение ее прочности в ходе длитель-ных нагревов при температуре 250–350 ºс, осо-бенно в условиях повышенной влажности из-за вымывания оксида иттрия, а также снижение проч-ности при повышенных температурах (до 1000 ºс) более чем на 60 %.

Увеличить устойчивость керамики к росту кри-сталлов при спекании и разупрочнению при длитель-ных нагревах, а также твердость (у ЧсДЦ твердость по Роквеллу составляет около 85) можно путем вве-дения примерно 20 % ультрадисперсного порошка оксида алюминия. Материалы такого состава, спрес-сованные в гидростате и спеченные в газостате, ха-рактеризуются наибольшими среди всех других ви-дов керамики прочностью на изгиб (до 3000 МПа) и

Рис. 1 Микроструктура керамики из частично стабилизированного диоксида циркония (скол)

Рис. 2 Строение порошков ЧСДЦ, полученных методом гетерофазного осаждения

х 180000

ИзвестИя

32


трещиностойкостью (до 25 МПа·м1/2) при твердости по Роквеллу более 90 [1].

Наибольшее применение нашла керамика, име-ющая составы, близкие к эвтектическому в систе-ме Al2O3 – ZrO2 и содержащая 30 % ZrO2 в частично стабилизированном состоянии. Прочная (предел прочности при изгибе 1200–1500 МПа) и вязкая ке-рамика (трещиностойкость на уровне 15 МПа·м1/2) указанного состава разработана на основе ультра-дисперсных порошков, изготовленных методом ге-терофазного осаждения из растворов солей с после-дующим горячим прессованием.

Методом горячего изостатического прессова-ния (давление газа 50 МПа, температура спекания 1300–1700 ºс) из смеси оксидов при содержании до 50 % Al2O3 получена керамика с прочностью 1700–2500 МПа, которая характеризуется размером кристаллов корунда 1–2 мкм.

Прочность при изгибе керамического материала эвтектического состава системы Al2O3 – ZrO2, из-готовленного методом обычного спекания, дости-гает 1000 МПа, причем при спекании в вакууме по сравнению с воздушной средой получается плотная и мелкокристаллическая керамика с более высокой прочностью [1].

все эти уникальные по свойствам керамические материалы существенно повышают качество изде-лий новой техники, в которых они используются.

Перспективным материалом для износостойких высокотемпературных изделий является прочная ке-рамика на основе эвтектического состава системы Al2O3 – ZrO2 – Y2O3, при синтезе которой образуется диоксид циркония в виде кубического твердого рас-твора. Последнее обеспечивает отсутствие полиморф-ного перехода, что позволяет сохранять прочностные свойства до температур выше 1200–1300 ºс, твер-дость и износостойкость. такие материалы были раз-работаны благодаря использованию при получении порошков метода гетерофазного осаждения и созда-нию в керамике после спекания мелкокристалличе-ской структуры с размером зерен в доли микрометра и равномерным распределением компонентов. При-менение гидростатического прессования образцов из таких порошков при давлении 200–500 МПа дает возможность с использованием обычного спекания в вакууме достичь прочности на изгиб до 1000 МПа. Несомненно, с применением горячего прессования или газостатического спекания прочность керамики может быть повышена в 1,5–2 раза [4]. II группа Новые плотные керамические мате-риалы из оксида алюминия.

Наиболее широко в отечественной и зарубежной практике для многих областей техники используют

плотную корундовую керамику, обладающую мно-гими благоприятными свойствами, необходимыми для изготовления разнообразных изделий: высокой механической прочностью, твердостью, износо-стойкостью, огнеупорностью, теплопроводностью и химической стойкостью.

На основе корунда создано большое количество высококачественных материалов для электроники и электротехники, а также конструкционного на-значения. Наиболее известные и применяемые в промышленности – вК-94-1, вК-100-1, ЦМ-332 (микролит), картинит, сикор, корал-2 и ряд других. Они характеризуются различными микрострукту-рой, фазовым составом и свойствами.

Исследования технологии, свойств и эксплуа-тации корундовых изделий показали, что наиболее приемлемыми для большинства областей техни-ки являются практически беспористые изделия с мелкокристаллической и равномерной структурой. Прочностные параметры корундовых материалов в зависимости от вида добавок и методов изготовле-ния изделий колеблются в пределах 300–750 МПа. Прочность на уровне 700–750 МПа может быть до-стигнута при использовании высокодисперсных по-рошков и спекании изделий методом горячего прес-сования или в газостате [5]. Применение обычного спекания промышленных видов оксида алюминия позволяет получить изделия с прочностью на изгиб 300–450 МПа [6, 7].

Одним из первых наиболее прочным керамиче-ским материалом был микролит (ЦМ-332) – оксид алюминия с добавкой 0,7–1 % MgO, который имел высокую плотность, мелкокристаллическую струк-туру, прочность на изгиб до 450–500 МПа, высокие твердость и износостойкость [7]. такую керамику разработали в МХтИ им. Д.И. Менделеева и полу-чали на основе технического глинозема при ско-ростном обжиге изделий до температуры 1780 ºс. Благодаря своим высоким физико-механическим свойствам микролит широко применялся в качестве резцов для обработки металлов, материала для ме-лющих тел и футеровки мельниц, фильер и сопел, пар трения, подшипников и др. К сожалению, в на-стоящее время производство изделий из микролита в России прекращено.

Параллельно с разработкой микролита прово-дили исследования по созданию материала поли-кор [8], который в дальнейшем стал применяться, в первую очередь, для изготовления подложек для микросхем, производство которых было создано на заводе «Поликор» в г. Кинешма, а также для из-готовления гироскопов, плунжеров для насосов, трубок для высокоинтенсивных источников света,


33

прочной микропористой керамики вакуумноплот-ных труб и металлокерамических узлов и т.д.

Для изготовления изделий из поликора в про-мышленности стали выпускать специальный гли-нозем марки ГЛМК – оксид алюминия повышенной чистоты с добавкой 0,25 % * MgO. Изделия из по-

* здесь и далее, если не оговорено особо – массовое со-держание.

ликора имели плотность близкую к теоретической, прочность на изгиб 300 МПа, прекрасные электро-физические свойства. Однако изделия из глинозема ГЛМК часто имели неравномерную кристалличе-скую структуру (рис. 3).

Для создания более равномерной микрострукту-ры высокоплотного материала с размером кристал-лов 8–10 мкм (рис. 4) использовали дисперсную добавку состава эвтектики в системе Al2O3 – ZrO2. введение 1 % порошка этой добавки позволил в МХтИ им. Д.И. Менделеева получить новый ко-рундовый материал «корал-2» [9], который харак-теризовался мелкокристаллическим строением с равномерной структурой и прочностью на изгиб до 400 МПа.

На заводе «Поликор» была выпущена опытная партия подложек, которые после полировки имели шероховатость поверхности Ra 0,01–0,03 мкм. Кро-ме подложек из этого материала были изготовлены основания резисторов, шарики различных размеров и назначения, нитеводители, прокладки для водона-порных кранов, изделия медицинского назначения и др. во всех случаях изделия показали высокие эксплуатационные свойства.

в настоящее время ведутся работы по созданию новых подходов к решению промышленного воз-рождения технологии керамики поликор с точки зрения сырьевых материалов и наиболее приемле-мых и эффективных технологических приемов.

введение в состав керамики «корал-2» неболь-ших добавок (до 0,5 %) оксида хрома позволи-ло получить плотную полупрозрачную керамику «Рубиновый корал», которая НИИЧаспром была использована для изготовления часовых камней вместо монокристалла рубина. Испытания этих ке-рамических камней в механических часах показали несомненную возможность их применения.

Наиболее прочной керамикой на основе оксида алюминия с небольшими добавками MgO и Sc2O3 является керамика сикор [5], прочность которой на изгиб составляет до 750 МПа. Эта керамика была получена совместно с сухумским физико-техниче-ским институтом из высокодисперсного порошка оксида алюминия, изготовленного методом гете-рофазного осаждения совместно с MgO и Sc2O3. Образцы изготовлены прессованием в гидростате и спеканием в газостате при температурах 1400–1600 ºс. Керамика имеет теоретическую плотность, размер кристаллов 2–3 мкм, высокую химическую стойкость в парах цезия при 1650 ºс и радиацион-ную стойкость.

в последние годы в ряде организаций России проводятся исследования по получению плотной

Рис. 3 Микроструктура керамики «Поликор»

Рис. 4 Микроструктура корундовой керамики «Корал-2»

Рис. 5 Микроструктура керамики «Рубалит»

ИзвестИя

34


корундовой керамики из глинозема немецкой фир-мы «Альматис». Глиноземы, которые рекомендуют для электронной техники, имеют размер агрегатов 0,4–0,8 мкм. температура спекания изделий состав-ляет ~ 1500 °с, плотность 3,9 г/см3, прочность на изгиб ~ 300 МПа. такими показателями характери-зуется, в частности, материал «Рубалит», микро-структура которого показана ниже.

в РХтУ им. Д.И. Менделеева проведены пред-варительные исследования спекания и некоторых свойств образцов из глинозема фирмы «Альма-тис». Из порошков различной подготовки изготав-ливали образцы и спекали в воздушной среде при температуре 1550 °с. Плотность образцов состав-ляла ~ 3,90 г/см3, прочность на изгиб ~ 290 МПа. Материал отличается практически полным отсут-ствием пор и имеет размер кристаллов 2–3 мкм (рис. 6). Этот материал является перспективным для изготовления оснований резисторов и подло-жек микросхем.

Новыми областями применения керамических материалов являются телекоммуникационная инду-стрия, автомобильная, космическая и авиационная промышленность, которые ставят задачи разработ-ки новых керамических материалов для подложек электронных микросхем, электронных компонен-тов, для упаковки сборных электронных модулей и других изделий аналогичного назначения. Основ-ное внимание уделяется созданию и применению изделий из керамики с низкой температурой спека-ния, которую можно получать при использовании порошков высокого качества по технологии низ-котемпературного со-обжига. Указывается также о применении для изготовления подобных изделий ситалловой керамики на основе оксида алюминия, в частности с добавками системы CaO – B2O3 – Al2O3.

в РХтУ им. Д.И. Менделеева плотная (плот-ность на уровне 2,4–2,5 г/см3 при нулевой закрытой пористости) керамика указанного состава получена методом синтеза из ультрадисперсных порошков в твердой фазе (рис. 7). Прочность на изгиб такого материала составляет 80–100 МПа, диэлектриче-ская проницаемость в диапазоне частот до 106 Гц – порядка 8,2.

в последние годы проводятся многочисленные исследования по изготовлению корундовой керамики с добавками эвтектических составов различных си-стем, и изучается их влияние на спекание, формиро-вание структуры и свойства керамики. Особенность этих добавок заключается в том, что их количество, эффективно влияющее на указанные процессы, со-ставляет 0,5–5,0 %. Действие добавок основано на образовании небольшого количества эвтектическо-го расплава, активно участвующего в спекании. При охлаждении расплав кристаллизуется, поэтому кера-мика с такими добавками не содержит стеклофазы. Можно выделить добавки систем MnO – Al2O3 – SiO2, MnO – TiO2, MgO – SiO2, MgO – TiO2 и некоторые другие, которые при содержании 2–3 % позволяют снизить температуру спекания в воздушной среде с 1700–1750 до 1300–1550 ºс. При этом получаются плотные мелкокристаллические материалы с высо-ким уровнем свойств, прочность на изгиб которых составляет 300–400 МПа (рис. 8). Дополнительное введение дисперсного порошка частично стабили-зированного диоксида циркония (ЧсДЦ) позволяет повысить прочность керамики до 550–600 МПа при температуре спекания 1450–1500 ºс.

Нами изучено влияние около 15 составов эвтекти-ческих добавок с температурой эвтектики в пределах 1115–1500 ºс; все они показали высокую эффектив-ность к спеканию корундовой керамики до высокой

Рис. 6 Микроструктура керамики на основе глинозема фирмы «Альматис»

Рис. 7 Микроструктура керамики в системе CaO - B2O3 – Al2O3


35

плотности при пониженной температуре. Корундо-вая керамика с добавками эвтектических составов может быть широко использована в различных об-ластях техники. Помимо высокой прочности эти ма-териалы характеризуются значительной износостой-костью и чистотой поверхности после шлифовки и полировки [10].

Области применения: электроизоляторы, изоля-торы свечей зажигания, прокладки для запорной ар-матуры, мелющие тела, уплотнительные кольца в на-сосах, шарики и плунжеры в насосах, вакуумплотная керамика для металлокерамических узлов, натяжные кольца волочильных машин и многое другое. III группа Прочные, пористые материалы на основе оксида алюминия, циркония, магния, карбида кремния для фильтров и мембран.

Эти изделия характеризуются прочностью на из-гиб 50–100 МПа и более при пористости 30–50 %, разнообразным размером пор – от 1 до 100 мкм и

более. Нанесение селективного слоя позволяет при-менять изделия в качестве мембран.

Достоинства этих материалов: высокая проч-ность, химическая инертность, разнообразные об-ласти применения, многократность применения; использование при высоких температурах, решение важнейших проблем экологии.

Применение активных высокодисперсных доба-вок, которые при определенном зерновом составе наполнителя обеспечивают получение заданной по-ристой структуры, высокой пористости и проница-емости позволяют при сравнительно низких темпе-ратурах обжига 1250–1400 ºс получать материалы с пористостью до 50–60 % и прочностью на изгиб до 50 МПа с размером пор 5–10 мкм и более (рис. 9).

На основе составов, содержащих ЧсДЦ, может быть изготовлена прочная пористая керамика, ха-рактеризующаяся размером пор от микрометров до миллиметров в зависимости от метода получения, ко-

Рис. 8 Микроструктура корундовой керамики с добавкой эвтектического состава в системе MnO – Al2O3 – SiO2 при различном увеличении

Рис. 9 Микроструктура пористой керамики из электроплавленого корунда без добавок (а) и с добавкой углекислого аммония (б)

а▶ б▶

ИзвестИя

36


торую в настоящее время широко применяют для фильтрации различных газов и жидкостей и в каталитических процессах. При этом из ЧсДЦ получаются материалы с пористостью около 50 %, размером пор менее 1 мкм, прочностью до 200 МПа при спекании в воздушной среде при температурах 1000–1200 ºс.

Использование активно спекающегося глинозема с добав-кой ZrO2 позволяет изготовить прочные пористые материалы (с пористостью до 40–50 %) и изделия с высокой химической стойкостью для разнообразных фильтрующих систем. высоко-дисперсные порошки из частично стабилизированного диокси-да циркония и оксида алюминия с успехом применяются для создания селективного слоя на фильтрующих элементах [11].

Основные области применения: очистка и озонирование питьевой воды, фильтрация жидких пищевых продуктов (мо-локо, вино и др.), разделение жидкостей и газов, очистка га-зов, очистка отходов нефтепродуктов, медицина – разделение крови, хранение жидких лекарственных веществ и их введение

Рис. 10 Дифференциальные кривые распределения пор по размерам для электроплавленого корунда:

- - - без добавки; • с добавкой углекислого аммония

Рис. 11 Микроструктура ячеистой керамики из оксида алюминия при различном увеличении

путем всасывания из пористой керамики через кожу, получение сверхчистого водо-рода при 10-ти кратной экономии драго-ценных металлов и др.

в последние годы в РХтУ им. Д.И. Мен-делеева создана и широко применяется как носитель катализаторов керамика с ячеистой структурой из оксида алюми-ния и на его основе карбида кремния с упрочняющими добавками, которые по-зволяют получать прочные материалы с различным размером ячеек (0,5–5 мм), пористостью до 92 % и с практически не-ограниченной проницаемостью. Микро-структура такого материала показана на рисунке 11.

Катализаторы на таких носителях по-зволяют заменить в большинстве ката-литических процессов порошковые и таблетированные катализаторы, резко сократить размеры реакторов, снизить температуры каталитических процессов. Это направление в настоящее время ин-тенсивно развивается в самых различных областях, в том числе экологии – эффек-тивное восстановление окислов азота в выбросах промышленных предприятий. IV группа Керамические биоактив-ные материалы на основе гидроксиапа-тита и трикальцийфосфата.

Данные материалы находят преиму-щественное применение в медицине (сто-матология, заместительная и реконструк-тивно-восстановительная хирургия) в виде порошков, гранул, плотной и пори-стой керамики.

размер пор, мкм

N/N

max


37

в РХтУ им. Д.И. Менделеева проведены раз-работки плотной пористой керамики на основе ги-дроксиапатита. Нами получена плотная керамика из чистого гидроксиапатита с нулевой пористостью и прочностью на изгиб до 100 МПа, с использовани-ем которой в ЦНИИсе проведено около 20 операций челюстно-лицевой хирургии (рис. 12). во всех слу-чаях в послеоперационном периоде не было никаких осложнений, связанных с отторжением имплантанта.

также создана пористая керамика на основе ги-дроксиапатита с высокой прочностью, пористостью до 90 % и размером пор 0,5–1 мм. Эта керамика легко механически обрабатывается и может быть исполь-зована при лечении костных травм. Разработанные материалы испытаны в клинических условиях для устранения дефектов костной ткани и, в частности, после санации кисты кости пальца. срок наблюде-

ния пациента составляет 12 месяцев. Имплантаты не вызывают никакой реакции организма. На рентгено-грамме через 3 месяца после имплантации капсула вокруг имплантата отсутствует, а через 12 месяцев видна краевая перестройка имплантата и внедрение его в кость без ее реакции. Пример применения по-ристой керамики для лечения костного дефекта при-веден ниже.

Рис. 12 Применение плотной керамики из гидроксиапатита в хирургической практике

Рис. 13 Керамический имплантант на основе гидроксиапатита (а) и его поведение in vivo:

б) через 3 мес.; в) через 12 мес

а▶

б▶

в▶

ИзвестИя

38



1. Особенности получения прочной керамики, содер-жащей диоксид циркония / е.с. Лукин, Н.А. Попова, Н.И. здвижкова и др. // Огнеупоры. 1991. № 3. C. 5–7.

2. высокопрочная керамика из тетрагонального диокси-да циркония / с.Ю. Плинер, Д.с. Рутман, А.А. Дабижа и др. // Огнеупоры. 1986. № 9. C. 19–20.

3. Лукин е.с. современная высокоплотная оксидная кера-мика с регулируемой микроструктурой. Ч. IV. техноло-гические методы получения высокодисперсных порош-ков для многокомпонентной керамики // Огнеупоры и техническая керамика. 1986. № 9. C. 2–10.

4. высокопрочная керамика в системе Al2O3 – ZrO2 – Y2O3 / е.с. Лукин, Н.А. Попова, в. Ганыкирж и др. // тр. ин-тов / МХтИ и Праж. хим.-технол. ин-т. 1990. с. 17–19.

5. Прочная корундовая керамика сикор / е.с. Лукин, Н.А. Попова, Д.Л. Цецхладзе и др. // Огнеупоры. 1991. № 3. C. 11–12.

6. Балкевич в.Л. техническая керамика. М.: стройиздат, 1984. 256 с.

7. Павлушкин Н.М. спеченный корунд. М.: стройиздат, 1961. 208 с.

8. О формировании беспористой структуры поликри-сталлического корунда / Р.я. Попильский, Ю.Ф. Пан-кратов, Н.М. Койфман // Докл. АН сссР. 1964. т. 155. № 2. с. 326–329.

9. О проблемах получения оксидной керамики с регу-лируемой структурой / е.с. Лукин, Н.т. Андрианов, Н.Б. Мамаева и др. // Огнеупоры. 1993. № 5. с. 11–15.

10. Новые виды корундовой керамики с добавками эвтекти-ческих составов / е.с. Лукин, Н.А. Макаров, Н.А. По-пова и др. // Конструкции из композиционных материа-лов. 2001. № 3. с. 28–38.

11. е.с. Лукин, А.Л. Кутейникова, Н.А. Попова. Пористая проницаемая керамика из оксида алюминия // стекло и керамика. 2003. № 3. C. 17–18.

References

1. Osobennosti polucheniya prochnoj keramiki, soderzhaschej dioksid cirkoniya [Peculiarities of strong ceramics contain-ing zirconia]. E.S. Lukin, N.A. Popova, N.I. Zdvizhkova i dr. Ogneupory [Refractories]. 1991. № 3. PP. 5–7.

2. Vysokoprochnaya keramika iz tetragonal'nogo dioksida cirkoniya [High-strength ceramics of tetragonal zirconia]. S.Yu. Pliner, D.S. Rutman, A.A. Dabizha i dr. Ogneupory [Refractories]. 1986. № 9. PP. 19–20.

3. Lukin E.S. Sovremennaya vysokoplotnaya oksidnaya kerami-ka s reguliruemoj mikrostrukturoj Ch. IV. Tehnologicheskie metody polucheniya vysokodispersnyh poroshkov dlya mno-gokomponentnoj keramiki [Modern high-density oxide ce-ramics with controlled microstructure. Part IV. Technological methods of producing superfine powders for multicomponent ceramic]. Ogneupory i tehnicheskaya keramika [Refractory and technical ceramics]. 1986. № 9. PP. 2–10.

4. Vysokoprochnaya keramika v sisteme Al2O3 – ZrO2 – Y2O3. [High-strength ceramics in the system Al2O3 – ZrO2 – Y2O3]. E.S. Lukin, N.A. Popova, V. Ganykirzh i dr. Tr. in-tov. MHTI i Prazh. him.-tehnol. in-t. 1990. PP. 17–19.

5. Prochnaya korundovaya keramika Sikor [Robust corundum ceramics Sikor]. E.S. Lukin, N.A. Popova, D.L. Cechladze i dr. Ogneupory [Refractories]. 1991. № 3. PP. 11–12.

6. Balkevich V.L. Tehnicheskaya keramika [Technical Ceram-ics]. M.: Strojizdat [Moscow: Publishing house «Stroyiz-dat»], 1984. 256 p.

7. Pavlushkin N.M. Spechennyj korund [Sintered corundum]. M.: Strojizdat [Moscow: Publishing house «Stroyizdat»], 1961. 208 p.

8. O formirovanii besporistoj struktury polikristallichesk-ogo korunda [On the formation of non-porous structure of polycrystalline corundum]. R.Ya. Popil'skij, Yu.F. Pankra-tov, N.M. Kojfman. Dokl. AN SSSR. 1964. T. 155. № 2. PP. 326–329.

9. O problemah polucheniya oksidnoj keramiki s regulirue-moj strukturoj [On the problems of obtaining oxide ceram-ics with controlled structure]. E.S. Lukin, N.T. Andrianov, N.B. Mamaeva. Ogneupory [Refractories]. 1993. № 5. PP. 11–15.

10. Novye vidy korundovoj keramiki s dobavkami `evtek-ticheskih sostavov [New types of alumina ceramics with additives of eutectic compositions]. E.S. Lukin, N.A. Ma-karov, N.A. Popova i dr. Konstrukcii iz kompozicionnyh materialov [Composite structures]. 2001. № 3. PP. 28–38.

11. E.S. Lukin, A.L. Kutejnikova, N.A. Popova. Poristaya pronicaemaya keramika iz oksida alyuminiya. Steklo i keramika [Permeable porous alumina ceramics. Glass and ceramic]. 2003. № 3. PP. 17–18.


Лукин евгений Степановичдоктор техн. наук, профессор, E-mail: [email protected]

Попова нелля Александровнастарший преподаватель

Ануфриева елена владимировнааспирант

Сафина марина ниловнааспирант

Российский химико-технологический институт им. Д. И. Менделеева

Горелик евгений исаевичканд. мед. наук

Российская медицинская академия последипломного образования Минздрава

Сабурина ирина николаевнаканд. биол. наук

Институт реабилитации и клеточных технологий им. А.Я. Фриденштейна

муравьев Эрнест николаевичученый секретарь отделения физико-химии и технологии

перспективных материалов им. А.М. Прохоровачл.-корр. АИН им. А.М. Прохорова

Москва, Российская Федерация

Lukin Evgenij StepanovichDoctor of Tech. Sciences, Professor, E-mail: [email protected] nellya AleksandrovnaSenior LecturerAnufrieva Elena vladimirovnaPostgraduate StudentSafina marina nilovnaPostgraduate Student Mendeleyev University of Chemical Technology of Russiagorelik Evgenij isaevichCand. of Med. Sciences Russian Medical Academy of Post-Diploma EducationSaburina irina nikolaevnaCand. Biological Sciences Friedenstein Institute of Rehabilitation and Cellular Technologiesmuravyov Ernest nikolaevichCorresponding member, Scientific Secretary of the Department of physicochemistry and technology of advanced materialsMoscow, Russian Federation

ПоСТуПиЛо в ПродАжу учеБное ПоСоБие

И.В. КАРАСь, В.И. КАРАСь, Т.Г. САМХАРАДЗЕ, И.А. СЕРБИН

ОБЩАЯ фИЗИКА В ЗАДАчАХ И УПРАжНЕНИЯХ С РЕшЕНИЯМИ

ПоСоБие ПреднАЗнАчено для студентов высших тех-нических и курсантов высших военных учебных заве-дений и имеет целью помочь в усвоении основных ме-тодов решения задач по физике. решение конкретных физических задач способствует привлечению к само-стоятельной творческой работе, учит анализировать наблюдаемые явления, выделять главные факторы, ис-ключая несущественные и второстепенные детали. Бла-годаря этому, а также прикладной направленности мно-гих предложенных задач, их решение приближается к модели научного профессионального исследования.

ПоСоБие СоСТоиТ из двух частей и содержит 170 упражнений, более 700 задач (из них 35 – с де-тальными решениями и обсуждениями и 165 – с со-кращенным разбором решения), физические посто-янные и математическое дополнение. все формулы записаны в Си, за исключением раздела «квантовая физика», в котором численные значения энергетиче-ских величин, как это обычно делается в атомной и ядерной физике, приведены в электронвольтах (эв).

iSBn 978-5-93728-089-3

выходные данные: 328 стр. формата А4; печ. л. 22,5; усл. изд. л. 24,8; тираж 1500 экз.ориентировочная стоимость учебного пособия в магазинах 450–500 руб.

По заказу через издательство – 300 руб. за экземпляр с доставкойчерез издательство книгу можно заказать по e-mail: [email protected]

СПрАвки По ТеЛеФонАм:

8 (499) 168 -40-48; 8 (499) 168-04-95; факс: 8 (499) 168-13-69; 8 (499) 168-23-58

СодержАние книГи

введениереШение ЗАдАч в СооТвеТСТвии С СиСТемным Подходом

1. оБщеФиЗичеСкие ПредСТАвЛения и ЗАконы2. ФиЗичеСкие оСновы мехАники3. ЭЛекТромАГнеТиЗм4. моЛекуЛярнАя ФиЗикА и ТермодинАмикА5. коЛеБАния и воЛны. оСновы ФиЗики микромирА6. микроСиСТемы. корПуСкуЛярно-воЛновой дуАЛиЗм7. ЭЛеменТы квАнТовой мехАники. урАвнение ШрединГерА8. ЭЛеменТы АТомной и ядерной ФиЗики9. ЭЛеменТы квАнТовой СТАТиСТики

10. оСновные ФиЗичеСкие вЗАимодейСТвия. СТрукТурА мАТерии11. ЭЛеменТы ФиЗики ТвердоГо ТеЛА

ФиЗичеСкие конСТАнТымАТемАТичеСкое доПоЛнениеСПиСок ЛиТерАТуры

40

Д.С. ИВАНОВ – руководитель отдела математического моделирования ооо «ким-Ш» (Торговая марка Engex) москва, российская Федерация, E-mail: [email protected]

энергомодеЛирование КаК инструмент анаЛиза энергоэффеКтивных зданий Энергомоделирование является перспективным инстру-ментом комплексного анализа зданий для энергосбе-режения, повышения экономической эффективности и комфортности. Особенно актуально применение энерго-моделирования для уникальных сооружений, при оценке эффективности новых технологий «зеленого» строитель-ства. Приводится обзор некоторых проектов, выполнен-ных в проектном бюро ООО «КИМ-Ш». Моделирование выполнялось с помощью среды для моделирования IES Vir-tual Environment. В данной статье рассмотрено применение данной методики энергомоделирования для ряда строя-щихся и уже построенных объектов: для 17-ти квартирного жилого дома – «Дом надежды» в Тульской области, школы на 550 мест по ул. Базовская в Москве, частного жилого дома с открытым бассейном на юге Италии, в области Апу-лия. С помощью оценки возможных вариантов на пред-варительной стадии проектирования «Дома Надежды», с применением данной методики энергомоделирования можно добиться экономии 38,8 % потребления электриче-ства и 14,4 % расхода газа по сравнению с базовым вариан-

том. В денежном выражении это заключается в снижении платы за электро- и газоснабжение на 35 %. Кроме того, применение энергомоделирования позволяет проверить выполненные проектные решения с точки зрения правиль-ности выполненных расчетов и конструктивных решений по отоплению помещений зданий и созданию в них необхо-димого комфортного микроклимата и требуемых санитар-но-гигиенических условий. Таким образом, для современ-ных зданий энергомоделирование является необходимым инструментом, – как для решения по целесообразности использования тех или иных материалов и методик стро-ительства, так и для проверки проектных решений на раз-ных стадиях, что позволяет избежать ошибочных решений в уже построенном здании, когда исправить данные ошиб-ки либо уже невозможно, либо очень дорого.

Ключевые слова: энергоэффективность зданий, «зеленое» строительство, математическое моделирование, энергети-ческое моделирование, проектирование зданий, отопление зданий.

D.S. IVANOV – head of mathematical modeling «kim – Sh «Ltd (Trade mark «Engex») moscow, russian federation, E-mail: [email protected]

energy modelIng As A tool for AnAlysIs of energy effICIent BuIldIngs

Energy modeling is a promising tool for comprehensive analy-sis of buildings for energy conservation, economic efficiency and comfort. Energy modeling is especially actual for unique structures, in evaluating the effectiveness of new technologies, «green» construction. Provided an overview of some of the proj-ects carried out in the design office of LLC «KIM-SH». Simulations are carried out using the simulation environment IES Virtual En-vironment. This article deals with the application of technique of energy modeling for a number constructed and existing fa-cilities: for 17 – apartment house – «Dom nadejdi» in the Tula region, 550 pupils school on the street. Bazovskaya in Moscow, a private house with an outdoor swimming pool in the south of Italy, in the region of Puglia. With the assessment of options for pre-design stage of the «Dom nadejdi», using this technique of energy modeling can achieve savings 38.8 % of electricity con-sumption and 14.4 % of gas consumption compared to the base

case. In monetary terms, it is to reduce the fees for electricity and natural gas by 35 %. Moreover, the application of energy modeling allows us to check design decisions made in terms of the correctness of the calculations and design solutions for space heating of buildings and creating them as required for a comfortable microclimate and the required sanitary condi-tions. Thus, energy modeling in modern buildings is a neces-sary tool – both for decisions on whether to use those or other materials and methods of construction, and to verify the design decisions at different stages, thus avoiding erroneous decisions in existing buildings in cases when fixing these errors could be either impossible or very expensive.

Keywords: energy efficiency in buildings, green building, math-ematical modeling, energy modeling, design of buildings, heat-ing of buildings.

Введение

современное развитие индустрии строительства во многом связано с требованиями повышения энерге-тической эффективности зданий с учетом обеспече-ния оптимальных условий комфортности и экономи-ческой целесообразности выполняемого проекта.

зачастую принятие архитектурных и инженерных решений основывается на опыте проектирования аналогичных зданий, умении работать со стандарт-ными подходами или, что хуже, под влиянием ре-кламы производителей материалов и оборудования.

Результатом такого проектирования является не-обоснованное применение тех или иных положений, влекущих за собой экономическую и энергетическую несостоятельность, либо отказ от применения новых технологий. Указанные опасения особенно актуаль-ны при строительстве ответственных и уникальных объектов с применением нестандартных и инноваци-онных технологий.

Предлагаемая статья имеет целью ознакомить чи-тателя с возможностями компьютерного моделиро-вания зданий, позволяющего на основе детального анализа эффективности применения тех или иных


41

Рис. 1 CFD моделирование работы систем ОВиК в помещении бассейна. На рисунке изображены поверхности различных скоростей воздуха.

архитектурных и инженерных решений сделать обо-снованный выбор лучшего варианта.

Компьютерное математическое моделирование в строительстве

современное развитие компьютерной техники и программного обеспечения позволяет решать ши-рокий спектр строительных задач. среди хорошо известных и широко применимых можно выделить: прочностной анализ конструкций, решение задач механики грунтов, вычислительную гидродинами-ку (CFD моделирование работы систем вентиляции и кондиционирования воздуха (см. рис. 1), акусти-ческие расчеты, расчеты естественного и искус-ственного освещения. также существуют системы моделирования более специфических задач: расчет теплопередачи в грунте, при определении тепловых потерь заглубленной части здания [1] или при мо-делировании работы грунтового теплового насоса, расчет движения людей в здании при обычном ре-жиме и при режиме эвакуации, моделировании ра-боты лифтов и т.д.

Применительно к рассматриваемой теме энерго-ресурсосбережения и комфортности зданий следует выделить три основных области компьютерного мо-делирования [2]:

– тепловые и энергетические процессы: модели-рование теплообмена между оболочкой здания и наружным климатом во взаимодействии с систе-мами поддержания микроклимата помещений и потреблением ими энергии, формирование тепло-вой среды в помещении, оценка комфортности микроклимата помещений.

– светотехнические процессы: моделирование есте-ственного и искусственного освещения или их комбинации с целью исследования возможности применения энергосберегающих стратегий и оцен-ки уровня комфорта.

– аэродинамические процессы: моделирование ра-боты систем вентиляции и кондиционирования воздуха, оценка возможности применения есте-ственной вентиляции, оценка комфортности ми-кроклимата помещений. следует заметить, что вышеназванные процессы

тесно связаны между собой, так, например, увеличе-ние площади остекления повысит долю естественно-го освещения и снизит энергопотребление системы искусственного освещения, но при этом увеличит нагрузку на системы кондиционирования воздуха и отопления. взаимосвязь принятых решений еще бо-лее усложняется экономическим влиянием на капи-тальные и эксплуатационные затраты строительства.

ИзвестИя

42


Рис. 2 Моделирование одного календарного года из «жизненного цикла» здания

в статье сделан акцент на моделирование тепло-вых и энергетических процессов, обобщаемых тер-мином «энергомоделирование», т.к. эти процессы наиболее тесно связаны с энергоэффективностью и комфортом, в то время как к моделированию осве-щения и движения воздуха, обращаются при необхо-димости детального анализа отдельных помещений. теоритические предпосылки применения матема-тического моделирования теплового режима зданий подробно рассмотрены в [3].

Энергомоделирование

Для того чтобы дать представление об энергомодели-ровании прибегнем к некоторым обобщениям, упро-щениям и аналогиям, т.к. подходы к моделированию варьируются в зависимости от задачи и применяе-мых инструментов. в общем, создается виртуальная модель здания со всеми необходимыми подробностя-ми и моделируется один календарный год из «жиз-ненного цикл» здания, с шагом по времени порядка одного часа (см. рис. 2).

Результат позволяет проанализировать эффек-тивность работы, как всего здания, так и каждого отдельного его компонента. Основные принципы энергомоделирования удобно представить, описав его этапы.

в первую очередь строится трехмерная модель исследуемого здания. Модель в первую очередь слу-жит инструментом задания геометрических харак-теристик и основой для задания граничных условий теплообмена, а во вторую очередь инструментом для анализа и представления результатов. здание разби-вается на зоны, которые чаще всего представляют собой отдельные помещения, однако могут являться группами помещений или отдельными частями по-мещений, что определяется целью моделирования. создание трехмерных моделей при существующем программном обеспечении не вызывает больших трудностей и не требует много времени.

Далее в имеющейся трехмерной модели для каж-дой зоны задаются характеристики ограждающих конструкций и множество других параметров, опи-сывающих параметры помещений: установочные значения температуры систем отопления и кондици-онирования воздуха, воздухообмен помещения, при-надлежность к конкретным системам поддержания внутреннего микроклимата, мощность освещения, потребление воды, внутренние теплопоступления, потребление энергии оборудованием и т.д. все упо-мянутые параметры задаются с привязкой ко време-ни, начиная от изменений в течение суток, вплоть до вариаций в течение года.


43

следующая стадия выполнения проекта энер-гомоделирования представляется автору наиболее сложной и трудоемкой – это задание систем ото-пления, горячего водоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха с соответствующей автоматикой. трудность создает огромный выбор различных систем и стратегий поддержания микро-климата, различные принципы их работы, специфи-ческие характеристики оборудования (см. рис. 3). На рисунке представлена схема центральной си-стемы кондиционирования с переменным расходом воздуха и соответствующая автоматизация. в об-ласти выделенной рамкой размещается зональное оборудование, в остальной части – центральное. К центральному оборудованию, для данного при-мера, относятся секции: калорифера, охлаждения, рециркуляции, рекуперации, приточного и вы-тяжного вентиляторов, клапанов приточного (есть возможность байпаса рекуператора) и вытяжного

воздуха. в области зонального оборудования рас-положен калорифер, обслуживаемое помещение, есть возможность задания тепловых потерь в сети воздуховодов, перетока воздуха в смежное поме-щение и местной вытяжки воздуха. Автоматизация моделируется с помощью датчиков и контроллеров температуры воздуха и контроллеров расхода воз-духа, подключаемых к соответствующим точкам схемы. схема не является фиксированной – до-ступно удаление и добавление любых элементов, возможно создание схемы «с нуля».

Для получения достоверного результата зачастую нельзя пренебречь подробным описанием работы си-стем, т.к. это напрямую влияет на эффективность их работы, а рассматриваемые системы являются глав-ными потребителями энергии в здании.

Далее следует шаг, являющийся вспомогательным для проекта энергомоделирования, но требующий больших затрат времени, понимания физики процес-

Рис. 3 Моделирование систем ОВиК на примере модуля ApacheHVAC программного комплекса для моделирования IES Virtual Environment

ИзвестИя

44


Рис. 4 Составляющие теплового баланса помещения в течение суток

сов и их математического описания. На этом этапе вы-полняется моделирование в отдельных, наиболее от-ветственных или репрезентативных помещениях – это может быть моделирование воздухо-распределения или освещения. здесь проверяются комфортные усло-вия, такие как скорость и температура воздуха в каж-дой точке помещения, уровень освещения и наличие яркого раздражающего света. такие расчеты обычно выполняются для помещений с высокими или спец-ифическими требованиями к параметрам микрокли-мата, например, бассейны, чистые помещения и т.д., либо для проверки эффективности работы сложных систем. Примерами могут служить применение ком-бинации естественной и механической вентиляции, применение диммеров для снижения мощности искус-ственного освещения и пр. также на этом шаге моде-лируется работа оборудования, например, грунтового теплового насоса, детальный расчет которого сложен.

следующий шаг является ключевым при выполне-нии такого рода расчетов и заключается в моделиро-вании жизненного цикла здания в конкретных клима-тических условиях и с заданными характеристиками наружных ограждений и параметрами инженерных систем. Для выполнения такого рода расчетов в ка-честве климатической базы применяется «типовой» год [4], состоящий из усредненных климатических параметров для места строительства, выбранных на основе статистической обработки климатических па-раметров за большой промежуток времени. в каче-стве примера представим упрощенный процесс мо-делирования работы системы отопления:

– на каждом временном шаге из «типового» года, служащего климатической базой, выбирается значение температуры наружного воздуха, со-ответствующей конкретному часу и выполня-ется расчет теплопотерь помещения за счет те-

➀ теплопоступления от системы отопления;

➁ теплопоступления от солнечной радиации;

➂ теплопотери/теплопоступления через внутренние перегородки;

➃ теплопоступления от людей, света и оборудования;

➄ теплопотери с инфильтрующимся воздухом;

➅ теплопотери через наружные конструкции

➀

➁

➂➃

➄

➅


45

Рис. 5 Нагрузка на систему отопления в течение года

плопередачи через ограждающие конструкции рассматриваемого помещения и на нагревание инфильтрационного воздуха. Расчет ведется с учетом тепловой инерции здания, с помощью прямого решения одномерных уравнений не-стационарной теплопроводности для каждо-го слоя каждого (наружного и внутреннего) ограждения;

– согласно графикам присутствия людей, работы оборудования и освещения и их мощностям, те-плопоступлений от солнечной радиации рассчи-тывается тепловой баланс помещения (см. рис. 4), с учетом процесса нестационарного теплового ре-жима помещения. выполняется пересчет темпе-ратуры внутреннего воздуха в помещении;

– расчет нагрузки на систему отопления в иссле-дуемом помещении с учетом параметров работы термостата на отопительном приборе;

– сбор нагрузок на систему отопления по всему зда-нию, происходит аналогично вышеописанному расчету по одному из помещений;

– расчет работы центрального отопительного обо-рудования: бойлеров (с учетом кривых эффектив-ности работы при различных нагрузках), насосов, теплообменников и остального оборудования, в зависимости от типа системы;

– запись в память результатов работы системы ото-пления.После этого происходит переход к следующе-

му временному шагу (например, через один час), все перечисленные пункты расчета повторяются. в конце концов, мы получаем детальное представ-ление о работе системы отопления здания, как в целом, так и в каждом помещении; как в течение года, так и в каждый интересующий нас момент (см. рис. 5).

ИзвестИя

46


Области применения энергомоделирования

Область применения энергомоделирования достаточ-но широка: с целью обоснованного принятия проект-ных решений на всех стадиях проектирования, начи-ная от концепции, заканчивая рабочей документацией; при проверке функционирования здания в различных условиях; при комплексной оценке эффективности здания для сертификации здания по рейтинговым си-стемам оценки, таким как LEED и BREEAM. Отдельно отметим использование результатов энергомоделиро-вания в качестве эксплуатационных показателей при анализе экономической эффективности различных ва-риантов инвестирования средств.

Для различных участников строительного про-цесса энергомоделирование может представить сле-дующие возможности.

Архитектор – выбор места строительства и ори-ентации здания по сторонам света, определение оп-тимальной формы здания, выбор ограждающих кон-струкций, количества и типа остекления.

Инженер отопления, вентиляции и кондициони-рования – выбор принципиальных решений систем поддержания внутреннего микроклимата помеще-ний, определение стратегий автоматизации и контро-ля над оборудованием, выбор оборудования, провер-ка работы систем в различных условиях (наружные климатические условия, условия эксплуатации).

Инженер электроснабжения и освещения – выбор осветительного оборудования, применение датчиков движения и освещенности, применение естественно-го освещения.

заказчик – понимание применения архитектур-ных и инженерных решений с точки зрения экономи-ческой эффективности и комфорта.

Программное обеспечение

Обзор программного обеспечения выходит за рамки предлагаемой статьи, отметим лишь, что существует огромное разнообразие различных программ и про-граммных комплексов для моделирования работы отдельных систем и для комплексного моделирова-ния энергопотребления зданием [5]. существуют как коммерческие, так и бесплатные программные про-дукты, некоторые из которых распространяются с от-крытым исходным кодом.

верификация правильности работы программ-ного обеспечения выполняется тремя основными способами:

– эмпирический – сравнение результатов модели-рования и результатов натурного исследования определенного здания [6];

– аналитический – сравнение результатов модели-рования с известными аналитическими решения-ми определенной задачи [7];

– сравнительный – сравниваются между собой ре-зультаты моделирования различными программа-ми [8].Американская ассоциация ASHRAE предлагает

стандарт для тестирования программного обеспе-чения для энергомоделирования [9]. Программное обеспечение, выполняющее требование стандарта, получает соответствующий сертификат.

Энергомоделирование в сфере «зеленого» строительства

Оценка энергетической эффективности зданий в рейтинговых системах сертификации «зеленого» строительства, таких как LEED и BREEAM, осущест-вляется с помощью комплексного компьютерного моделирования энергопотребления здания [10].

так, система сертификации LEED предполагает выполнение энергомоделирования в соответствии со стандартом ASHRAE 90.1-2010, содержащем исчер-пывающие указания по выполнению проекта. Этот же стандарт определяет «базовый» вариант здания, с которым выполняется сравнение, на основании чего оценивается эффективность применяемых проект-ных решений.

Энергомоделирование как профессия

Международная ассоциация профессионалов сферы энергомоделирования IBPSA (International Building Performance Simulation Association) имеет предста-вительства во многих странах мира и насчитывает более 4700 членов.

в 2009 году ASHRAE запустила систему сертифи-кации специалистов в сфере энергомоделирования. На момент написания статьи, количество сертифици-рованных специалистов не превышало 300 человек. Их малое число во многом объясняется отсутствием требований к сертификации специалистов такого рода со стороны рейтинговых систем сертификации зданий, таких как LEED.

К сожалению, рынок специалистов в сфере энер-гомоделирования в России слабо развит. Причиной этому являются отсутствие литературы и программ-ного обеспечения на русском языке, новизна сферы и сложность профессии, требующая от специалиста вникания не только в задачи, лежащие в области его образования, но и в ряд смежных областей. зачастую проекты энергомоделирования зданий, реализуемых в России, выполняются иностранными специалистами.


47

Опыт выполнения проектов

с целью знакомства с практикой выполнения про-ектов энергомоделирования далее приводится об-зор ряда проектов, выполненных в проектном бюро ООО «КИМ-Ш». Моделирование выполнялось с помо-щью среды для моделирования IES Virtual Environment.

Для 17-ти квартирного жилого дома в тульской области был выполнен проект энергомоделирова-ния для рейтинговой системы сертификации LEED, в соответствии с требованиями Building Performance Rating Method из стандарта ASHRAE 90.1-2007. со-гласно результатам моделирования, дом потребляет на 38,8 % меньше электричества и на 14,4 % меньше газа, чем базовый вариант для сравнения. в денеж-ном выражении это заключается в снижении платы за электро- и газоснабжение на 35 %. Жилой дом, также известный как «Дом Надежды», в рейтин-говой системе сертификации получает 12 баллов из 19 возможных за снижение энергопотребления, плюс два дополнительных балла за использование возобновляемых источников энергии. Проект дома победил в конкурсе Green Awards в номинации «Жилищное строительство: малоэтажные дома».

в проекте энергомоделирования общеобразо-вательной школы на 550 мест по ул. Базовская в Москве была проанализирована эффективность применения ряда технологий. в частности, рассмо-трена автоматизация системы отопления с целью снижения мощности в ночные часы и выходные дни. за счет понижения температуры помещений до 15 °C, удалось снизить суммарное годовое по-требление теплоты на отопление здания школы бо-лее чем на 30 %. Для снижения тепловой инерции здания и сокращения времени прогрева помещений рекомендована легкая отделка в помещениях шко-лы [11]: перлитовая штукатурка для стен и потолка, деревянные полы.

По результатам моделирования частного жи-лого дома с открытым бассейном на юге Италии, в области Апулия, была создана концепция реко-мендуемых инженерных систем дома. Для рас-сматриваемого объекта приняты во внимание вы-сокие тарифы на электроснабжение и отсутствие систем центрального тепло- и газоснабжения. По-сле анализа различных вариантов, были рекомен-дованы технологии, включающие: геотермальный тепловой насос, систему теплых полов и холод-ных потолков, светодиодное освещение, систему солнечных батарей. согласно расчетам экономи-ческого анализа, окупаемость дополнительных инвестиций произойдет в пределах 6 лет, относи-тельно проекта идентичного дома, с отоплением

и кондиционированием на базе сплит-систем и нагревом воды для системы горячего водоснабже-ния с помощью трубчатых электронагревателей. Оценка уровня комфортности помещений вы-полнена по методике, предложенной проф. Фан-гером [12], использующей параметр PPD – про-цент людей, недовольных тепловым комфортом помещения. системе теплых полов соответствует значение PPD равное 5 %, тогда как отоплению сплит-системами – PPD равное 20 %. Разница в полученных значениях объясняется значительным перепадом между средней температурой поверх-ностей помещения и температурой воздуха для случая отопления сплит-системами.

Выводы

Энергомоделирование является перспективным инструментом комплексного анализа зданий для энергосбережения, повышения экономической эффективности и комфортности. Особенно ак-туально применение энергомоделирования для уникальных сооружений, при оценке эффектив-ности новых технологий «зеленого» строитель-ства. с помощью оценки возможных вариантов на предварительной стадии проектирования «Дома Надежды», с применением данной методики энергомоделирования можно добиться экономии 38,8 % потребления электричества и 14,4 % расхо-да газа по сравнению с базовым вариантом. в де-нежном выражении это заключается в снижении платы за электро- и газоснабжение на 35 %. Кроме того, применение энергомоделирования позволя-ет проверить выполненные проектные решения с точки зрения правильности выполненных расче-тов и конструктивных решений по отоплению по-мещений зданий и созданию в них необходимого комфортного микроклимата и требуемых санитар-но-гигиенических условий.

Для современных зданий энергомоделирова-ние является необходимым инструментом, – как для решения по целесообразности использования тех или иных материалов и методик строитель-ства, так и для проверки проектных решений на разных стадиях, что позволяет избежать ошибоч-ных решений в уже построенном здании, когда исправить данные ошибки либо уже невозможно, либо очень дорого.

Заключение

Автор выражает благодарность профессору ка-федры отопления и вентиляции ФГБОУ вПО «МГсУ» е.Г. Малявиной за помощь в подготовке статьи.

ИзвестИя

48



1. Иванов Д.с. Определение теплопотерь заглубленных частей здания расчетом трехмерного температурного поля // строительство – формирование среды жизнеде-ятельности: сборник трудов./Четырнадцатая Между-народная межвузовская научно-практическая конфе-ренция молодых ученых, докторантов и аспирантов (Москва, 27–29 апреля 2011 г.). ГОУ вПО Моск. гос. строит. ун-т. М.: МГсУ. 2011. с. 279–283.

2. CIBSE Applications Manual AM11: 1998, Building energy and environmental modelling.

3. табунщиков Ю. А., Бродач М. М. Математическое мо-делирование и оптимизация тепловой эффективности зданий. М.: АвОК-ПРесс, 2002. 194 с.

4. Гагарин в.Г., Малявина е.Г., Иванов Д.с. Разработка климатической информации в форме специализиро-ванного «типового года» // вестник волгГАсУ, серия строительство и архитектура, вып. 31 (50), ч. 1: «Горо-да России. Проблемы проектирования и реализации». 2013. с. 343–349.

5. URL: http://apps1.eere.energy.gov/buildings/tools_direc-tory/subjects_sub.cfm.

6. Lomas K.J., Eppel H., Martin C.J., Bloomfield D.P. Em-pirical validation of building energy simulation programs. Energy and Buildings. 26(3), 1997. PP. 253–276.

7. Martin C.J., Seale C.F., Eppel H. Analytical testing of detailed thermal simulation programs. Proceedings of BEP’94, 1994. PP. 27–32.

8. Judkoff R., Neymark J., Van de Perre R. et al. A testing and diagnostic procedure for building energy simulation pro-grams. Proceedings of BEP’94, 1994. PP. 103–116.

9. ANSI/ASHRAE Standard 140-2007: Standard Method of Test for the Evaluation of Building Energy Analysis Com-puter Programs

10. Kambouris S. «зеленое строительство»: рейтинговые системы оценки. вентиляция. Отопление. Кондицио-нирование: АвОК. 2010. № 7. с. 28–34.

11. Малявина е.Г., Асатов Р.Р. влияние теплового режи-ма наружных ограждающих конструкций на нагрузку системы отопления при прерывистой подаче теплоты. Academia № 3. 2010 – М. РААсН. с. 324–327.

12. Fanger P.O. Thermal Comfort. Copenhagen: Danish Tech-nical Press, 1970. 244 p.

References

1. Ivanov D.S. Opredeleniye teplopoter’ zaglublen-nykh chastey zdaniya raschetom trekhmernogo tem-peraturnogo polya. Stroitel’stvo – formirovaniye sredy zhiznedeyatel’nosti: Sbornik trudov. Chetyrnadtsataya Mezhdunarodnaya mezhvuzovskaya nauchno-praktiches-kaya konferentsiya molodykh uchenykh, doktorantov i aspirantov (Moskva, 27–29 Aprelya 2011 goda). GOU

VPO Mosk. gos. stroit. un-t. M.: MGSU [Determination of heat loss calculation buried parts of the building three-dimensional temperature field. Construction – creating an environment of life: Proceedings of the. Fourteenth Inter-national Interuniversity Scientific Conference of young scientists, PhD students and post-graduate students (Mos-cow, 27–29 April 2011). HPE Mosk. Reg. builds. Univ. M.: MSSU [Moscow: Publishing house «MSSU»], 2011. PP. 279–283.

2. CIBSE Applications Manual AM11: 1998, Building energy and environmental modelling.

3. Tabunshchikov Yu.A., Brodach M.M. Matematiches-koye modelirovaniye i optimizatsiya teplovoy effek-tivnosti zdaniy[Mathematical modeling and optimization of the thermal performance of buildings]. M.: AVOK-PRESS [Moscow: Publishing house «AVOK-PRESS»], 2002. 194 p.

4. Gagarin V.G., Malyavina Ye.G., Ivanov D.S. Razrabotka klimaticheskoy informatsii v forme spetsializirovannogo «tipovogo goda». Vestnik VolgGASU, seriya Stroitel’stvo i arkhitektura, vyp. 31 (50), ch. 1: «Goroda Rossii. Prob-lemy proyektirovaniya i realizatsii» [Development of cli-mate information in the form of specific «model year». Bulletin VolgGASU series Construction and Architecture, Vol. 31 (50), Part 1: «Cities of Russia. Problems of design and implementation»]. 2013. PP. 343–349.

5. URL: http://apps1.eere.energy.gov/buildings/tools_direc-tory/subjects_sub.cfm.

6. Lomas K.J., Eppel H., Martin C.J., Bloomfield D.P. Em-pirical validation of building energy simulation programs. Energy and Buildings. 26(3), 1997. PP. 253–276.

7. Martin C.J., Seale C.F., Eppel H. Analytical testing of detailed thermal simulation programs. Proceedings of BEP’94, 1994. PP. 27–32.

8. Judkoff R., Neymark J., Van de Perre R. et al. A testing and diagnostic procedure for building energy simulation pro-grams // Proceedings of BEP’94, 1994. PP. 103–116.

9. ANSI/ASHRAE Standard 140–2007: Standard Method of Test for the Evaluation of Building Energy Analysis Com-puter Programs.

10. Kambouris, S. «Zelenoye stroitel’stvo»: reytingovyye sistemy otsenki[«Green Building»: the rating assess-ment system]. Ventilyatsiya. Otopleniye. Konditsion-irovaniye [Ventilation. Heating. Conditioning: AVOK]: AVOK. 2010. № 7. PP. 28–34.

11. Malyavina Ye.G., Asatov R.R. Vliyaniye teplovogo rezhi-ma naruzhnykh ograzhdayushchikh konstruktsiy na nagru-zku sistemy otopleniya pri preryvistoy podache teploty [Influence of thermal regime of external walling to load heating system with intermittent supply of heat]. Academia № 3. 2010. M. RAASN. PP. 324–327.

12. Fanger P.O. Thermal Comfort. Copenhagen: Danish Tech-nical Press, 1970. 244 p.

Сведения об авторе information about author

иванов дмитрий Сергеевичруководитель отдела математического моделирования

ООО «КИМ-Ш» (Торговая марка Engex)E-mail: [email protected]

127015, Москва, Российская Федерация Б. Новодмитровская, д. 12, стр. 1

ivanov dmitrii SergeevichHead of mathematical modeling«KIM – SH «Ltd (Trade mark «Engex») E-mail: [email protected], Moscow, Russian Federation12, B. Novodmitrovskaya street building 1

49

Д.М. КУСТОВ – студент, E-mail: [email protected]А.В. БУНДюК – бакалаврЕ.О. ГОНчАРОВ – кандидат физ.-мат. наукИ.С. КУРчАТОВ – аспирантнациональный исследовательский университет «мЭи» москва, российская Федерация

иК Лазеры на поЛупроводниКах AIIBVI и AIIIBV с ионами Co2+ Получение энергетической структуры иона Co в полупрово-дниковых материалах AIIBVI AIIIBV решается в два этапа: рассчи-тываются значения энергетических уровней для свободного иона, а затем решается подзадача расчета изменений энер-гетической структуры иона при его нахождении в поле окру-жения лигандов материала определенной симметрии. Даны энергетическая структура Co2+ ZnS, ZnSe, CdTe, GaP, ZnO, CdS и соотношение этих структур с ширинами запрещенной зоны

соответствующих материалов. Оцениваются возможности получения лазерного эффекта на этих материалах в связи с тем, что молекулярные структуры с этими ионами имеют ИК люминесценцию и лазерную генерацию в диапазоне про-зрачности оптических волокон 1.5–3 микрона. Ключевые слова: полупроводниковые лазеры, ионы группы железа, энергетическая структура, интенсивности перехо-дов.

D.M. KUSTOV – Student, E-mail: [email protected]. BUNDyUK – BachelorE.O. GONChAROV – Cand. of Phys.-math. SciencesI.S. KURChATOV – Postgraduate Studentnational research University «mPEi» moscow, russian federation

Ir lAsers of semIConduCtors AIIBVI AIIIBV wIth Co2+ Ions

Obtaining Co ion energy structure in semiconductor materials AIIBVI AIIIBV solved in two stages: calculating of the energy levels values of the free ion, and then solve the subproblem of calculating changes of the energy structure of the ion when it is in the field of environ-ment ligands material a certain symmetry. Energy structure Co2+ ZnS, ZnSe, CdTe, GaP, ZnO, CdS and the ratio of these structures

with bandgap related materials are given. The possibility of obtain-ing laser action on these materials due to the fact that the molecu-lar structure of these ions have infrared luminescence and lasing in the transparency of optical fibers 1.5–3 microns is evaluated.Keywords: semiconductor lasers, ions of the iron group, the en-ergy structure, the intensity of transitions.

Введение

Исследование спектральных закономерностей ионов группы железа со2+, Fe2+, Ni2+ приобретает большое значение в связи с тем, что молекулярные структуры с этими ионами имеют ИК люминесценцию и лазер-ную генерацию в диапазоне прозрачности оптиче-ских волокон 1.5–3 микрона.

важнейшими физическими явлениями в твердо-тельных лазерах являются поглощение и излучение света активными ионами. Эти явления подразуме-вают переход электронов из основного состояния в возбужденное, и последующую их релаксацию (об-ратный переход). Очевидно, для описания и изучения этих процессов и свойств вначале необходимо обла-дать информацией о расположении энергетических уровней системы.

Указанная задача решается в два этапа: вначале рассчитываются значения энергетических уровней для свободного иона, а затем решается подзадача рас-чета изменений энергетической структуры иона при его нахождении в поле окружения лигандов матери-ала лазера определенной симметрии. Общая теория лигандной структуры окружения ионов группы желе-за разработана в работах [1, 2].

Для твердотельных лазеров наиболее «полезны-ми» и представляющими интерес в качестве актив-ных ионов являются ионы переходной группы железа и редкоземельные ионы [3]. в целом ряде работ [4–7] изучаются оптические свойства ионов переходной группы металлов, введенных в полупроводники AIIBVI и AIIIBV.

в частности, AIIBVI – полупроводники, легирован-ные ионами переходных металлов такими как Cr, Co и Fe, являются предметом большого интереса ввиду возможного конструирования средне-инфракрасных лазеров перенастраиваемых в широком диапазоне [8, 9]. Ионы группы переходных металлов обладают широкими линиями спектров поглощения и испуска-ния, что также представляет интерес для перенастра-иваемых средне-инфракрасных лазеров [10].

Ионы Fe, Cr и Ni в моно-, ди- и тривалентных со-стояниях в ZnSe и соответствующие процессы пере-носа заряда рассмотрены в работах [11–17], а опти-ческие спектры и свойства для иона Co в ZnSe при различных концентрациях могут быть найдены в ра-ботах [18–24].

в работе [25] для иона Co2+ в ZnSe и ZnS пред-ставлены не только оптические спектры, но также определены параметры Рака для внутримолекулярно-

ИзвестИя

50


Рис. 1 Энергетические уровни Co2+ в соединениях ZnS, ZnSe, CdTe, GaP

го поля окружения. Учитывая связь между параме-трами Рака и параметрами слейтера [26] и используя полную энергетическую матрицу взаимодействий, можно определить расположение энергетических

уровней иона Co в этих соединениях. в статье пред-ставлены диаграммы энергетических уровней Co2+ в соединениях AIIBVI, рассчитанные по полным энерге-тическим матрицам.

Диаграммы энергетических уровней Co2+ в кристаллах AIIIBV и AIIBVI

Энергетические уровни Co2+ в соединениях ZnS, ZnSe, CdTe, GaP показаны на рисунке 1.

в таблице 1 даны энергия уровней (E, см–1) и сила осцилляторов ( f (10–7)) переходов с 4F4T2 уровня иона Co2+ в CdS и ZnO.

Энергия уровней Co2+ в кристаллах ZnSe, ZnO, CdS показаны на рисунке 2. На рисунке нанесены ширина запрещенной зоны ZnSe, ZnO, CdS (удли-ненной линией).

Табл. 1. Энергия уровней и сила осцилляторов переходов с 4F 4T2 уровня иона Co2+ в CdS и ZnO

Co2+ в CdS (2.4 эВ) Co2+ в ZnO (3.37 эВ)

№ Уровни E. см-1 f(10–7) E. см-1 f(10–7)

5

4F 4T2

4054 2.7789 3955 9.9448

6 4054 10.186 3955 3.1194

7 4129 24.866 4029 33.218

8 4129 40.77 4029 36.923

9 4129 11.011 4030 35.69

10 4129 38.776 4030 7.8738

11 4208 54.048 4109 96.701

12 4208 88.949 4109 138.83

13 4208 31.937 4109 32.42

14 4208 87.388 4109 13.535

15 4266 11.028 4167 8.4748

16 4266 17.455 4167 24.254

17

4F 4T1

6889 753.04 6732 242.65

18 6889 289.69 6732 788.45

19 6940 1060.7 6784 1615.1

20 6940 200.93 6784 202.15

21 6940 1014.9 6784 852.95

22 6940 501.67 6784 260.25

23 7262 95.365 7107 145.04

24 7262 198.3 7107 25.341

25 7262 71.921 7107 201.11

26 7262 169.1 7107 159.6

27 7450 91.464 7296 124.89

28 7450 124.12 7296 103.14

29

2G 2E

11722 4.2367 11710 2.7777

30 11722 2.3519 11710 1.0816

31 11722 3.2921 11710 2.0231

32 11722 0.79861 11710 6.13


51

33

2G 2F1

12280 63.117 12265 26.078

34 12280 33.962 12265 63.321

35 12280 9.8185 12265 79.346

36 12280 44.585 12265 17.172

37 12342 43.576 12325 51.97

38 12342 33.881 12325 45.818

39

4P 4T1

13957 7035.4 13817 7051.4

40 13957 6590.2 13817 7613.3

41 14053 3483.9 13913 3370.6

42 14053 8408.1 13913 9382.1

43 14053 2662.8 13913 3121.2

44 14053 8443.7 13913 8702

45 14341 2761.5 14202 4944.3

46 14341 4481 14202 2454.4

47 14341 3905.6 14202 5617.6

48 14341 5143.8 14202 5470.2

49 14344 5329.1 14205 2320.4

50 14344 1872.8 14205 4262.6

512G 2A1

14605 136.66 14505 121.69

52 14605 111.84 14505 91.976

53

2G2T2

14924 55.887 14837 50.677

54 14924 44.006 14837 39.09

55 15035 7.3893 14958 6.8159

56 15035 8.1778 14958 26.73

57 15035 12.704 14958 9.4375

58 15035 30.21 14958 12.344

59

2H2T2

16374 0.26917 16295 3.0402

60 16374 4.4645 16295 3.2979

61 16374 4.2705 16295 1.3146

62 16374 1.8558 16295 3.6711

63 16535 57.021 16437 57.569

64 16535 47.981 16437 51.898

65

2H2T1

16541 7.9274 16470 8.371

66 16541 7.7112 16470 7.971

67 16971 147.64 16875 26.646

68 16971 75.85 16875 139

69 16971 48.109 16875 45.644

70 16971 94.931 16875 169.41

71

2H2E

18202 7.5194 18102 22.236

72 18202 23.868 18102 5.825

73 18202 8.2699 18102 17.081

74 18202 10.48 18102 6.8645

75

2P2T2

19160 19.25 19028 21.595

76 19160 21.632 19028 22.084

77 19343 26.583 19212 27.581

78 19343 45.286 19212 60.062

79 19343 42.756 19212 18.959

80 19343 35.694 19212 54.798

81

2H2T1

20735 0.17625 20544 0.26422

82 20735 0.537 20544 0.58591

83 20826 2.5628 20635 2.5354

84 20826 3.2436 20635 1.2001

85 20826 3.0554 20635 4.4491

86 20826 0.76823 20635 2.5166

87

2D2T2

21316 2.6355 21138 1.0923

88 21316 0.6599 21138 2.8171

89 21316 1.4901 21138 0.70444

90 21316 0.82625 21138 1.5863

91 21531 2.3241 21355 0.99924

92 21531 0.90047 21355 2.5365

93

2D2E

24062 2.7715 23814 1.6808

94 24062 1.5586 23814 1.9636

95 24063 1.3294 23814 2.3112

96 24063 0.36867 23814 0.53553

972F2A2

26218 0.03417 26118 0.097626

98 26218 0.084815 26118 0.036461

99

2F2T2

26517 0.34766 26414 1.1348

100 26517 1.0738 26414 0.37925

101 26715 0.9381 26606 0.58352

102 26715 0.81019 26606 1.0591

103 26715 0.11819 26606 0.079701

104 26715 0.043075 26606 0.34497

105

2F2T1

28122 1.8613 27961 2.0113

106 28122 1.896 27961 1.9886

107 28231 1.0825 28070 3.9113

108 28231 8.2683 28070 8.4022

109 28231 3.6011 28070 7.1419

110 28231 10.277 28070 5.7305

111

2D2E

40565 0.70437 40428 0.35601

112 40565 1.2504 40428 0.28245

113 40565 0.879 40428 1.3165

114 40565 1.1404 40428 2.2959

115

2D2T2

41305 18.947 41150 19.019

116 41305 14.227 41150 18.269

117 41305 21.222 41150 18.291

118 41305 15.591 41150 17.837

119 41365 25.157 41207 28.54

120 41365 30.71 41207 34.591

Литература (References)

1. Кустов е.Ф. Орбитальная система структур наноразмерной дисперсности. Известия академии Инженерных Наук им. А.М. Прохорова 2013 № 1. с. 92–124. Kustov E.F. Orbital'naya sistema struktur nanorazmernoj dispersnosti [Orbital system structures nanoscale dispersion]. 2013. № 1. PP. 92–124.

2. Kustov E.F., Novotortsev V.M., Kustov M.E. Orbital Structure of Vibrations of Nanoparticles, Clusters, and Coordination Polyhedra, Russian Journal of Inorganic Chemistry, 2013. Vol. 58. № 14. РР. 1624–1646.

3. Powell R.C. Physics of Solid-State Laser Materials. R.C. Powell. New York: Springer-Verlag, 1998. 423 p.

4. Baranowski J.M. Crystal-field spectra of 3dn impurities in II-VI and III-V compound semiconductors. J.M. Baranowski,

J.W. Allen, G.L. Pearson. Physical Review. 1967. Vol. 160. PP. 627–632.

5. Pappalardo R. Absorption spectra of transition ions in CdS crystals. R. Pappalardo, R.E. Dietz. Phys. Rev. 1961. Vol. 123. PР. 1188–1203.

6. Weakliem H.A. Optical Spectra of Ni2+, Co2+, and Cu2+ in Tetrahedral Sites in Crystals. H.A. Weakliem. J. Chem. Phys. 1962. Vol. 36. PР. 2117–2140.

7. Loescher D.H. The application of crystal field theory to the electrical properties of Co impurities in GaP. D.H. Loescher, J.W. Allen, and G.L. Pearson. J. Phys. Soc. Japan Suppl. 1966. Vol. 21. PР. 239–243.

8. DeLoach L.D. Transition metal-doped zinc chalcogenides: spectroscopy and laser demonstration of a new class of gain

ИзвестИя

52


Рис. 2 Энергия уровней Co2+ в кристаллах ZnSe (2.7 эВ), ZnO (3.4 эВ), CdS (2.4 эВ)

media. L.D. DeLoach, R.H. Page, G.D. Wilke, S.A. Payne, W. F. Krupke. IEEE J. Quantum Electron. 1996. Vol. 32. PР. 885–895.

9. Page R.H. Cr2–-Doped zinc chalcogenides as efficient, widely tunable mid-infrared lasers. R.H. Page, K.I. Schaffers, L.D. DeLoach, G.D. Wilke, F.D. Patel, J.B. Tassano, S.A. Payne, W.F. Krupke, K.T. Chen, A. Burger. IEEE J. Quantum Electron. 1997. Vol. 33. № 4. PР. 609–617.

10. Wray E.M. Crystal field spectra of 3dn impurities in zinc selenide. E. M. Wray, J. W. Allen. J. phys. Ci Solid St. Phys. 1971. Vol. 4. PР. 512–516.

11. Wepfer G.G. Fe3+ in Cubic and Axial Fields in Cubic ZnSe. G.G. Wepfer, C. Kikuchi. Phys. Rev. 1968. Vol. 170. PР. 445–454.

12. Title R.S. Paramagnetic-Resonance Spectra of the 3d5 Configuration of Chromium in ZnSe and ZnTe. R.S. Title. Phys. Rev. 1964. Vol. 133. P. A1613-A1616.

13. Godlewski M. The chromium impurity photogeneration transitions in ZnS, ZnSe and ZnTe. M. Godlewski, M. Kaminska. J. Phys. C. 1980. Vol. 13. PР. 6537–6545.

14. Röppischer H. Untersuchung von Umladungsprozessen der Chromionen in ZnSe-Einkristallen. H. Röppischer, W. Elssner, H. Böttner. Phys. Status Solidi A. 1975. B. 27. РР. 375–382.

15. Watts R.K. Electron Paramagnetic Resonance of Ni+ and Ni3+ in ZnSe. R. K. Watts. Phys. Rev. 1969. Vol. 188. PР. 568–571.

16. Roussos G. Luminescent Ni+ centres and changes of the charge state of nickel ions in ZnS and ZnSe. G. Roussos, J. Nagel, H.-J. Schulz,. Phys. B: Condens. Matter. 1983. Vol. 53. PР. 95–107.

17. Schötz G.F. The pressure dependence of the intraimpurity absorption and the charge transfer process of ZnS:Ni and ZnSe:Ni. G.F. Schötz, W. Sedlmeier, M. Lindner, W. Gebhardt. J. Phys.: Condens. Matter. 1995. Vol. 7. PР. 795–802.

18. Fazzio A. Many-electron multiplet effects in the spectra of 3d impurities in heteropolar semiconductors. A. Fazzio, M. Caldas, A. Zunger. Physical Review B. 1984. Vol. 30. PР. 3430–3454.

19. Grinberg M. Nonradiative processes in the Zn1-xCoxSe system. M. Grinberg, A. C. Felici, T. Papa, M. Piacentini. Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics. 1999. Vol. 60. Issue 12. PР. 8595–8601.

20. Mak C-L. Optical transitions in Zn1-xCoxSe and Zn1-xFexSe: Strong concentration-dependent effective p-d exchange. C-L. Mak, R. Sooryakumar, M.M. Steiner, B.T. Jonker. Physical Review B: Condensed Matter. 1993. Vol. 48. Issue 16. PР. 11743–11751.

21. Luo M. Energy transfer between Co2+ and Fe2+ ions in diffusion-doped ZnSe. M. Luo, N.C. Gilesa, U.N. Roy, Y. Cui, A. Burger. Journal of Applied Physics. 2005. Vol. 98. P. 083507-083507-6.

22. Luo M. Optical and electron paramagnetic resonance spectro-scopies of diffusion-doped Co2+:ZnSe. M. Luo, N.C. Gilesa, U.N. Roy, Y. Cui, A. Burger. Journal of Applied Physics. 2006. Vol. 99. P. 073709-073709-7.

23. Amin B. Theoretical investigation of half metallicity in Fe/Co/Ni doped ZnSe material systems. B. Amin, I. Ahmad. J. Appl. Phys. 2009. Vol. 106. P. 093710-093710-6.

24. Tsai T-Y. Co2+:ZnS and Co2+:ZnSe saturable absorber Q switches. T-Y. Tsai, M. Birnbaum. Journal of Applied Physics. 2000. Vol. 87. Issue 1. PР. 25–29.

25. Dreyhsig J. Nature of optical transitions in the charge-transfer region of ZnS:Co and ZnSe:Co. J. Dreyhsig, B. Litzenburger. Phys. Rev. B. 1996. Vol. 54. PР. 10516–10524.

26. Griffith J.S. The Theory of Transition Metal Ions. J.S. Griffith. Cambridge: Cambridge University Press. 1961. 468 p.


кустов даниил максимовичстудент, E-mail: [email protected]

Бундюк Алексей владимировичбакалавр

Гончаров евгений олеговичкандидат физ.-мат. наук

курчатов иван Сергеевичаспирант

Национальный Исследовательский Университет «МЭИ» 111250, Москва, Российская Федерация

Красноказарменная ул.14

kustov daniil maksimovichStudent, E-mail: [email protected] Alekseу vladimirovichBachelorgoncharov Evgeny olegovichCand. of Phys.-Math. Scienceskurchatov ivan SergeevchPostgraduate StudentNational Research University «MPEI» 111250, Moscow, Russian FederationKrasnokazarmennaya str. 14

53

В.А. ПОРЕВ – доктор техн. наук, профессор, E-mail: [email protected]Г.В. ПОРЕВ – доктор техн. наук, ведущий научный сотрудник, E-mail: [email protected]национальный технический университет украины, «киевский политехнический институт»украина, г. киев

Компенсация систематичесКой погрешности измерения температуры поверхности зоны пЛавКиОбоснован новый метод компенсации систематической погрешности измерения температуры поверхности зоны плавки, обусловленной отраженным излучениемКлючевые слова: зонная плавка, температура, погрешность измерения.

V.A. PORyEV – doctor of Tech. Sciences, Professor, E-mail: [email protected]. PORyEV – doctor of Tech. Sciences, Lead Scientist, E-mail: [email protected] «kyiv polytechnic institute»Ukraine, kiev

CompensAtIon of the systemAtIC error In temperAture meAsurement of the surfACe In zoned meltIngThe new method for the compensation of the systematic error of temperature measurement, caused by the radiation reflected from the melting zone surface, is substantiatedKeywords: zoned melting, temperature, measurement error.

зонная плавка как один из методов перекристалли-зации вещества находит широкое применение в на-учных исследованиях, в технологиях очистки кри-сталлов, металлов, полупроводников, органических веществ и при создании материалов с заданным рас-пределением примесей. технология зонной плавки заключается в создании и перемещении вдоль образ-ца узкой расплавленной зоны, для чего могут исполь-зоваться различные методы [1]. Большое распростра-нение сегодня получил метод электронно-лучевой бестигельной зонной плавки, который реализуется в вакуумной камере, а зона расплава формируется под действием электронного пучка.

сегодня зонная плавка сформировалась в мощ-ную отрасль производства материалов с заданными свойствами, но несмотря на непрерывное развитие теоретической базы и совершенствования техноло-гического процесса проблема контроля температур-ного режима плавки не может считаться решенной. в свое время автор метода зонной плавки в. Пфанн, анализируя ситуацию, которая сложилась в конце прошлого века, отметил, что «главным препятствием на пути достижения совершенной кристаллической структуры при зонной плавке надо считать неудов-летворительный контроль температуры» [1]. Одной из причин такого положения является, во-первых, недостаток информации о механизме формирования температурного поля. теоретическое моделирование температурных полей базируется на дифференциаль-ных уравнениях теплопроводности, которые решают вместе с уравнениями граничных условий (началь-ных и краевых). Очевидно, что корректность реше-ния зависит от достоверности краевых условий, т.е. от значений температурного поля при заданных аргу-

ментах. в то же время известные методики задания краевых условий при моделировании температурно-го поля базируются на определенных предположе-ниях или на эмпирических зависимостях, установ-ленных для подобных задач и является источником погрешностей, которые сложно оценить.

во-вторых, особенности технологии зонной плав-ки исключают возможность использования наиболее точных и технологически совершенных контактных технических средств измерения температуры, вслед-ствие чего контроль температурного режима элек-тронно-лучевой бестигельной зонной плавки может быть реализован только путем использования пиро-метров излучения, точность которых обусловливает-ся адекватностью модели поля яркости (температур-ного поля) поверхности зоны плавки в отношении конкретной задачи. Проблемы контроля температур-ного поля зоны плавки остаются актуальными и по сей день в силу того, что неоднозначный характер формирования поля яркости поверхности жидкой фазы, влияние излучения посторонних источников, локальные превышения температуры поверхности над температурой фазового перехода являются при-чиной систематической погрешности, не позволя-ющей получить необходимую точность измерения температуры.

Целью данной работы является обоснование нового подхода к компенсации систематической погрешности путем создания метода измерения, учитывающего экспериментально установленные за-кономерности формирования яркости поверхности зоны плавки.

в общем случае на поверхности зоны плавки за-даны 4 двумерные функции: температура – T(x, y),

ИзвестИя

54


Рис. 1 Изменение яркости поверхности зоны плавки. 1 - твердая фаза, 2 - фазовый переход, 3 - жидкая фаза

коэффициент излучательной способности – e(x, y), коэффициент отражения – r(x, y) и освещенность – E(x, y), образованная падающим на поверхность пото-ком излучения различного происхождения. Функции T(x, y) и e(x, y) формируют поток собственного излу-чения поверхности зоны плавки с яркостью L0(x, y), а функции E(x, y), r(x, y) формируют поток излучения, отраженного от поверхности с яркостью Lв(x, y). если указанные компоненты потока излучения рассматри-ваются для элементарного фрагмента зоны плавки на одной и той же длине волны l, то речь можно вести о спектральной яркости Lс(l, Тр) собственного излучения поверхности фрагмента зоны плавки с температурой Tр, и спектральной яркости излучения, отраженного от поверхности этого же фрагмента. в соответствии с принципом суперпозиции эффективная яркость по-верхности фрагмента Lер(l, Те) определяется как сумма яркостей собственного и отраженного излучения, где Те – некоторое условное значение температуры, при котором яркость поверхности равнялась бы эффектив-ной яркости. Проблема контроля состоит в том, чтобы в суммарном потоке как можно точнее выделить ком-поненту собственного излучения Lс(l, Тр).

Принципиальной особенностью зонной плавки кремния с точки зрения формирования поля яркости является наличие двух разнесенных во времени диа-пазонов изменения яркости собственного излучения (рис. 1).

Первый диапазон определяет яркость поверхно-сти в твердой фазе в пределах действия электронно-го пучка и при увеличении температуры характери-зуется увеличением яркости собственного излучения до значения LТmax. При температуре поверхности TФ происходит переход из твердой в жидкую фазу, и яр-кость практически мгновенно уменьшается до значе-ния LРmin. При дальнейшем нагреве температура жид-кой фазы повышается, а ее яркость, соответственно, увеличивается до некоторого текущего значения LРmax, ограниченого мощностью электронного пучка. Поскольку в соответствии с требованиями техноло-

гии плавки постоянному контролю подлежит, глав-ным образом, температурное поле жидкой фазы, то уменьшение диапазона измерения позволяет увели-чить точность измерения температуры.

если яркость собственного излучения фрагмен-та поверхности зоны плавки однозначно связана с температурой Tр, то формирование компоненты от-раженного излучения заслуживает отдельного рас-смотрения. во-первых, это может быть излучение электрода с температурой Tд, которое после отраже-ния от поверхности зоны плавки формирует компо-ненту с яркостью Lв(l, Tд). во-вторых, это может быть также переотраженное излучение различного проис-хождения. На практике в обоих случаях для оценки или компенсации воздействия излучения посторон-них источников могут применяться как расчетные, так и аппаратные методы или их комбинации.

Расчетные методы оценки влияния излучения по-сторонних источников достаточно полно освещены в работе [2], особенно для случая, когда температура постороннего источника выше температуры объекта. сложность практического использования этих ме-тодов состоит в том, что они рассчитаны для набо-ра конкретных, сравнительно простых задач, среди которых отсутствует конфигурация конструктивных элементов, характерная для задачи электронно-луче-вой бестигельной зонной плавки в вакуумной камере.

Более корректными, по нашему мнению, являются аппаратные методы компенсации постороннего излу-чения, поскольку они не претендуют на универсаль-ность, а базируются на экспериментальном определе-нии необходимых параметров в каждом конкретном случае. При этом возможна коррекция результатов измерения в реальном времени. среди известных ап-паратных методов компенсации влияния излучения посторонних источников чаще применяются методы спектральной фильтрации и полного или частичного экранирования, методы увеличения коэффициента излучательной способности объекта и методы, ос-нованные на определении яркости постороннего ис-

температуры, при котором яркость поверхности равнялась бы эффективной яркости. Проблема контроля состоит в том, чтобы в суммарном потоке как можно точнее выделить компоненту собственного излучения Lс(,Тр).

Принципиальной особенностью зонной плавки кремния с точки зрения формирования поля яркости является наличие двух разнесенных во времени диапазонов изменения яркости собственного излучения (рис.1).

L(T)

LTmax

LРmax

1 2 3

ТФ Т, K

LРmin

Рис.1. Изменение яркости поверхности зоны плавки. 1 - твердая фаза,

2 - фазовый переход, 3 - жидкая фаза. Первый диапазон определяет яркость поверхности в твердой фазе в

пределах действия электронного пучка и при увеличении температуры характеризуется увеличением яркости собственного излучения до значения LТmax. При температуре поверхности TФ происходит переход из твердой в жидкую фазу, и яркость практически мгновенно уменьшается до значения LРmin. При дальнейшем нагреве температура жидкой фазы повышается, а ее яркость, соответственно, увеличивается до некоторого текущего значения LРmax, ограниченого мощностью электронного пучка. Поскольку в соответствии с требованиями технологии плавки постоянному контролю подлежит, главным образом, температурное поле жидкой фазы, то уменьшение диапазона измерения позволяет увеличить точность измерения температуры.

Если яркость собственного излучения фрагмента поверхности зоны плавки однозначно связана с температурой Tр, то формирование компоненты отраженного излучения заслуживает отдельного рассмотрения. Во-первых, это может быть излучение электрода с температурой Tд, которое после отражения от поверхности зоны плавки формирует компоненту с яркостью Lв(,Tд). Во-вторых, это может быть также переотраженное излучение различного происхождения. На практике в обоих случаях для оценки или компенсации воздействия излучения посторонних источников могут применяться как расчетные, так и аппаратные методы или их комбинации.

Расчетные методы оценки влияния излучения посторонних источников достаточно полно освещены в работе [2], особенно для случая, когда температура постороннего источника выше температуры объекта. Сложность практического использования этих методов состоит в том, что они рассчитаны для набора конкретных, сравнительно простых задач, среди которых отсутствует конфигурация конструктивных элементов, характерная для задачи электронно-лучевой бестигельной зонной плавки в вакуумной камере.


55

Рис. 2 Изменения яркости электрода (1) и зоны расплава (2), а также значения соответствующих сигналов в интервале t1 ... t5

точника при известной температуре с последующим введением соответствующих поправок в расчетный алгоритм [2]. Однако, при контроле температурного режима зонной плавки использование наиболее эф-фективного метода полного (частичного) экранирова-ния невозможно, поскольку и источник нагрева, и ис-точник постороннего излучения является одним и тем же физическим объектом, поэтому любое нарушение распределения плотности электронного пучка по по-верхности кристалла приводит к изменению теплово-го режима плавки. Применение метода спектральной фильтрации также невозможно по указанной причине.

Для компенсации систематической погрешности измерения температуры путем введения поправки может быть использован подход, в котором дополни-тельно к потоку, образованному суммой собственно-го излучения поверхности и излучения, отраженного от поверхности, отдельно формируется и направля-ется на преобразователь поток излучения посторон-него источника. При этом предполагается, что значе-ние коэффициента отражения поверхности жидкой фазы не меняется в диапазоне от температуры фа-зового перехода TФ до температуры Т, которой соот-ветствует яркость LРmax (рис. 1), т. е. яркость потока отраженного излучения в любой момент времени определяется только яркостью электрода [3]. введя в алгоритм формирования измерительного сигнала дополнительную компоненту, которая изменяется в соответствии с изменениями яркости электрода, и образовав алгебраическую сумму сигналов, компен-сируем влияние излучения электрода.

На базе рассмотренного подхода нами предложен метод повышения точности измерения температу-ры, основанный на использовании закономерностей

формирования яркости поверхности жидкой фазы и предусматривающий экспериментальное определе-ние составляющих суммарного потока излучения.

в связи с тем что в процессе плавки температу-ра поверхности жидкой фазы превышает темпера-туру фазового перехода, в собственном излучении зоны расплава условно можно выделить составля-ющую с яркостью Lф(l, Тф), которая соответствует яркости при температуре фазового перехода Tф, и составляющую, обусловленную превышением тем-пературы поверхности над температурой фазового перехода (так называемый температурный перегрев). Очевидно, что выделение компоненты температур-ного перегрева позволит повысить точность измере-ния температуры поверхности жидкой фазы.

воспользуемся тем обстоятельством, что яркость поверхности жидкой фазы можно изменять в опре-деленных пределах, манипулируя напряжениями, которые задают режим плавки. Например, выключив анодное напряжение, через некоторое время полно-стью избавимся от температурного перегрева и яр-кость поверхности будет определяться суммой яр-костей собственного Lс(l, ТФ) и отраженного Lв(l, Тд) излучения. выключив накал электрода, через неко-торое время избавимся от компоненты Lв(l, Тд), вы-делив таким образом компоненту LФ(l, ТФ).

Рассмотрим процесс изменения яркостей фраг-мента dSд поверхности электрода (линия 1, рис. 2) и фрагмента dSП поверхности зоны расплава (линия 2, рис. 2) при изменении напряжений, которые задают режим плавки. Пусть в интервале t1...t2 температу-ра поверхности в пределах фрагмента dSП стабили-зировалась, а яркость поверхности имеет значение Lер(l, Те). Пиксел, который находится в пределах

ИзвестИя

56


Рис. 3 Распределение яркости вдоль вертикальной оси кристалла. 1 – рабочая стадия, t = t0 ; 2 – выключено анодное напряжение, t4 = t0 + 1.0 с

изображения фрагмента dSП, формирует сигнал AР1. если в момент t0 = t3 выключить анодное напряжение, то в течение времени t4 − t3 в результате падения до нуля яркости, обусловленной перегревом, яркость поверхности фрагмента уменьшится до значения, являющегося суммой только яркостей собственного LФ(l,ТФ) и отраженного Lв(l,Тд) излучений. При этом будет сформирован сигнал AР2.

если дальше в момент времени t4 выключить напряжение питания электрода, то за время t5 − t4 яркость электрода снижается до нуля, а яркость по-верхности расплава до значения LФ(l, ТФ), которое определяется исключительно собственной темпера-турой поверхности в жидком состоянии (при усло-вии, что при t > t5 жидкая фаза существует). Начиная с момента t5 формируется сигнал AР3.

Обратим внимание на то, что разность сигналов АР2 − АР3 пропорциональна разности между суммой яркостей собственного и отраженного излучений фрагмента dSП и яркостью собственного излучения при температуре фазового перехода, т.е. пропорци-онален яркости отраженного излучения. следова-тельно, сигнал A, который пропорционален действи-тельной температуре поверхности рассматриваемого фрагмента, определится соотношением

А = АР1 − (АР2 − АР3). (1)

Очевидно, что соотношение вида (1) определя-ет сигнал, который формируется любым участком поверхности в рабочей стадии плавки. На рисун-ках 3 и 4 представлены полученные нами экспери-ментально графики распределения яркости (в ус-

Рис. 4 Распределение яркости вдоль вертикальной оси кристалла при выключенном питании электрода, 1 – t5 = t0 + 2.0 с; 2 – t = t0 + 2.8 с; 3 – t = t0 + 3.2 с


57

Рис. 5 Распределение температуры на поверхности жидкой фазы. 1 – рабочая стадия, t = t0 ; 2 – при выключенном питании электрода, t = t0 + 2.8 с


Порев владимир Андреевичдоктор техн. наук, профессор

E-mail: [email protected]Порев Геннадий владимирович

доктор техн. наук, ведущий научный сотрудникE-mail: [email protected]

Национальный технический университет Украины«Киевский политехнический институт»

Украина, г. Киев, пр. Победы, 37

Poryev vladimir AndreevichDoctor of Tech. Sciences, ProfessorE-mail: [email protected] gennadiy vladimirovichDoctor of Tech. Sciences, Lead ScientistE-mail: [email protected] «Kyiv polytechnic institute»Ukraine, KievVictory Avenue, 37

ловных единицах) вдоль вертикальной оси кристалла, которые дают представление о характере поля яркости, а также о том, как изменяется яркость поверхности жидкой фазы при рассмотрен-ных выше манипуляциях с напряжениями.

Из рисунка 3 следует, что в течение времени t4 − t3 = 1.0 с ком-понента яркости, обусловленная перегревом, падает до нуля. сле-довательно, сигнал, соответствующий линии 2, пропорционален сумме яркостей собственного и отраженного излучений фрагмен-та. При этом установлено, что сигнал, пропорциональный ярко-сти электрода, уменьшается до уровня шума через 1 с после вы-ключения напряжения питания электрода (линия 1, рис. 3).

сигналы, соответствующие линиям 1, 2, 3, получены на жидкой фазе и пропорциональны действительной температуре ее поверхности, что подтверждает сделанное выше предположе-ние о существовании жидкой фазы при t > t5.

На рисунке 5 представлены распределения температуры на поверхности жидкой фазы, рассчитанные по графикам рисун-ков 3 и 4.

Реализация рассмотренного метода позволила впервые полу-чить экспериментальные результаты по формированию поля яр-кости поверхности жидкой фазы, а также достоверные значения температурного перегрева. При этом систематическая погреш-ность измерения температуры поверхности жидкой фазы была уменьшена до 3 К, что отвечает современным требованиям.

Список литературы

1. Пфанн в. зонная плавка. М.: Мир, 1970. 366 с.

2. Ранцевич в.Б. Пирометрия при посторон-них источниках излучения. Мн.: Наука и техника, 1989. 104 с.

3. Порев в.А. Компенсация излучения элек-трода при исследовании температурного поля зоны плавки // техническая диагно-стика и неразрушающий контроль. 2001. № 4. с. 55−56.

References

1. Pfann V. Zonnaya Plavka [Zoned Melt-ing]. M.: Mir [Moscow: Publishing House «World»], 1970. 366 p.

2. Rancevich V.B. Pirometriya pri postoronnikh istochnikakh izlucheniya [Pyrometry with Outside Radiation Sources]. Mn.: Nauka i tekhnika [Minsk: Publishing house «Science and technics»], 1989. 104 p.

3. Poryev V.A. Kompensatsiya izlucheniya ele-ktroda pri issledovanii temperaturnogo polya zony plavki [The Compensating of the Elec-trode Radiation in Research of the Tempera-ture Field in Zoned Melting]. Tekhnicheskaya diagnostika i nerazrushayushchiy kontrol [Technical Diagnostics and Non-Destructible Evaluation], 2001. № 4. PP. 55−56.

58

БРИТОВ АЛЕКСАНДР ДМИТРИЕВИч

75-ти летний юбилей 50 лет в науке

Лауреат Государственной премии, доктор физ.-мат. наук, профессор.

ученик Л.н. курбатова, известен работами в области длинноволновых

гетеролазеров и их применением в спектроскопии

Александр дмитриевич Бритов родился 26 июля 1938 года. в 1956 году окончил с золотой медалью среднюю школу № 627 г. москвы и был зачислен в мЭи. высшее образование получил на кафедре к.в. Шалимовой «Физика полупроводниковых приборов». настольной книгой был Шокли (Тео-рия электронных полупроводников). С 1963 года работал в 801 институте, впоследствии нии При-кладной физики, нПо орион и ФГуП «Альфа».

вся научная деятельность связана с членом-корреспондентом Ан СССр Леонидом никола-евичем курбатовым – научным руководителем института нии ПФ, где в 1971 г. А.д. Бритов защи-тил кандидатскую диссертацию. То было время, когда возникла новая наука – лазерная физика, атмосфера подъема, будившая жажду знаний и открытий. нобелевская премия была получена рядом ученых ФиАна (Басов, Прохоров) и США (Таунс), А в молодой науке, по замечанию акаде-мика А.м. Прохорова, нет деления на фундамен-тальную и прикладную – это удел старых наук. Поэтому все, от экспериментатора до теоретика, ощущали себя в едином потоке и работали само-забвенно. чуть ли не каждый день появлялось но-вое, требовавшее освоения смежных знаний.

По рекомендации курбатова молодой аспи-рант проходил стажировку по спектроскопии в ФТи у е.Ф. Гросса, открывшего новое состояние в электронной физике – экситон. в1963–1964 гг. молодыми выпускниками мЭи была создана уни-версальная установка для возбуждения кристал-лов. остро сфокусированный пучек быстрых электронов позволил получить лазерное излуче-ние в видимой и дальней ик-области на целом

ряде кристаллов А2 в6, А3 в5 и А4 в6, что даже вызвало визит академика Прохорова в нии ПФ. диагностические возможности установки очень пригодились при разработке длинноволновых гетеролазеров.

Совместно с лабораторией академика вула разработана технология длинноволновых гетеро-лазеров. Получены рекордные результаты по про-движению в дальнюю ик область – 50 мкм.

комбинированная технология включает выра-щивание активного слоя из халькогенидов свин-ца-олова, получение гетероструктуры методом фотостимулированной эпитаксии и диагностику квантовой эффективности.

в 1975 г. Бритов А.д. был зачислен в секцию полупроводниковые гетероструктуры, органи-зованную ж.и. Алферовым. Тогда же, в рамках Совета по физике и химии полупроводников Ан СССр была создана секция узкозонных полупро-водников под руководством Л.н. курбатова и в.и. Стафеева, в которой он также принимал ак-тивное участие.

в 1985 году в ФТи им. А.Ф. иоффе в диссерта-ционном совете под председательством ж.и. Ал-ферова защитил докторскую диссертацию и в том же году, за цикл работ «Перестраиваемые лазеры на полупроводниках А4 в 6 и молекулярная спек-троскопия высокого разрешения на их основе», стал лауреатом государственной премии СССр. работа проводилась совместно и под непосред-ственным руководством Б.м. вула (ФиАн), ака-демика А.м. Прохорова (иоФ Ан) в содружестве с иСАн и иАЭ, где были проведены исследования по приглашению академика и.к. кикоина.


59

Служебная лестница: мнс–снс–нач. лаб.–гнс.

По случаю 60-ти летнего юбилея было много по-здравлений, среди них от академиков Алферова, Прохорова и Гуляева.

результаты исследовательской деятельности опубликованы в 100 печатных трудах в ведущих журналах и доложены на многих международ-ных конференциях по нелинейной и когерентной оптике (ныне диодно-лазерной спектроскопии), по физике полупроводников и фотоэлектронике. в творческой работе Бритова виден процесс вза-имодействия эрудиции и интуиции. для его стиля характерны независимость и непредсказуемость суждений. Подлинный оптимизм и жизнерадост-ность, высокая адаптационная энергия и органи-заторские способности немало способствовали его успехам.

реализовано сверхвысокое разрешение (10–4 см–1) на длинноволновых гетеролазерах вплоть до 50 мкм. Показана возможность им-пульсной накачки для спектроскопии, а так же, что комбинированная перестройка (температура и магнитное поле) позволяет существенно рас-ширить область плавной спектроскопической перестройки. Это привело к созданию быстро-действующего лазерного спектрометра, вне-дренного в Ломо.

красивые результаты были получены при ди-одно-лазерной спектроскопии тяжелых высоко-симметричных молекул в иАЭ по приглашению академика и.к. кикоина. в импульсной струе при переохлаждении видна тонкая структура молеку-лярного спектра и измерен изотопический сдвиг гексафторида урана в основной полосе 627 см–1 (Uf6

235 , Uf6238).

Лазерный газоанализ на основе дЛС позво-ляет обнаружить до 10–9 г. Академик А.м. Про-хоров поддерживал работы по дЛС в иоФАне и в настоящее время аналитические применения возглавляет профессор А.и. надеждинский. его лаборатория занимает ведущие позиции в мире. на неохлаждаемых лазерах в ближней ик обла-сти реализуется несколько проектов для медици-ны, исследования изотопического состава паров воды в атмосфере, в том числе при полете на ве-неру, в 6-канальном модуле.

Аспирант А. Бритова наместников д.Ю. разработал и защитил дистанционный прибор для мониторинга следов газовых примесей. на ingaAsгетеролазерах (ближний ик диапазон) при использовании составных частей молеку-

лярного спектра разработаны дистанционный и локальный контроль следовых концентраций газов в атмосфере, в том числе для регистра-ции опасных (взрывчатых и вредных веществ). Создан многоспектральный дистанционный спектрометр для обнаружения химического поля человека.

Потенциально востребован проект для кон-троля изотопического состава Uf6. Попутно А. Бритов по указанию Л.н. курбатова органи-зовал участие в проекте по космической кри-сталлизации и разработке технологической печи для спутника (академик Бармин). микро-гравитация на спутниках не позволила получить совершенные кристаллы в условиях невесомо-сти. участие (зам. Л.н. курбатова) в проекте вы-сокотемпературной сверхпроводимости (вТСП) для целей фотоэлектроники. Получены токовые дорожки и вТСП магнитные экраны.

Педагогическая деятельность

исследовательская работа у Бритова А.д. всегда была связана с подготовкой диплом-ников из мЭи, мФТи и мирЭА. в 1985 г. он становится профессором мирЭА на кафедре в.и. креопалова и его помошником. демокра-тичность и отзывчивость располагает к нему студентов. кроме лекционной он ведет и ди-пломные работы. им организован филиал ка-федры мЭи на ФГуП Альфе с чтением лекций ведущими специалистами и лабораторными работами по метрологии фотоприемных изде-лий. Юдновременно он организует и руково-дит работой аспирантов и студентов из мирЭА и мЭи в иоФАн до настоящего времени в от-деле диодно-лазерной спектроскопии у проф. А.и. надеждинского. всего подготовлено из мФТи, мЭи и мирЭА более сотни дипломни-ков и четыре кандидата наук (успешно защи-щенных). По совместным работам защитилось два доктора наук.

С 2005 г. по инициативе и под руководством А.д. Бритова проводятся ежегодные курбатов-ские чтения – студенческий и аспирантский семи-нар по актуальным проблемам электронного зре-ния и электронного носа. чтения проводятся при активной поддержке Аин-президента академика Ю.в. Гуляева, проф. А.С. Багдасаряна и вице пре-зидента проф. Ю.в. кубарева, директора ирЭ нЦу (мЭи) проф. и.н. мирошниковой.

Пожелаем юбиляру крепкого здоровья и бо-дрости духа.

Президиум Аин

60

В.А. ПОРЕВ – доктор техн. наук, профессор, E-mail: [email protected]В.И. ДУНАЕВСКИй – канд. техн. наук, доцентК.М. БОжКО – аспирантнациональный технический университет украины, «киевский политехнический институт»украина, г. киев

термографичесКий КонтроЛь соЛнечных эЛементов и батарей в режиме стабиЛизации нагрева темновым тоКомПредложен новый метод термографического контроля солнечных батарей, базирующийся на различных режимах нагрева темновым током.Ключевые слова: солнечный элемент, солнечная батарея, темновой ток, термографический контроль.

V.A. PORyEV – doctor of Tech. Sciences, Professor, E-mail: [email protected]. DUNAEVSKIy – Cand. of Techn. Sciences, Associate professorK.M. BOzhKO – Postgraduate StudentUkraine «kyiv polytechnic institute»Ukraine, kiev

thermogrAphIC eVAluAtIon of the solAr Cells And pAnels In the heAt stABIlIzIng mode usIng dArK Current

Proposed a new method for in look thermograph of solar cells based on various modes of heating the dark current.

Keywords: solar cell, solar battery, the dark current, in look thermograph.

термография является одним из основных методов контроля дефектов кремниевых пластин солнечных элементов (сЭ). в местах нахождения дефектов при протекании темнового тока выделяется значительно большее количество джоулевого тепла по отноше-нию к средней величине на единицу площади и про-исходит локальный перегрев кремниевой пластины, который фиксируют термографом [1].

важной задачей является осуществление термо-графического контроля солнечных батарей в процессе их эксплуатации. Это позволяет эффективно выявлять звенья с пониженным коэффициентом полезного дей-ствия в солнечных энергосистемах, а также своевре-менно предотвращать возгорание и разрушение систем по причине их разогрева темновым током. в последнем случае источником темнового тока становятся исправ-ные сЭ, включенные в одну цепь с дефектным сЭ. По результатам отчета специалистов института Фраунго-фера (Германия) 30 % возгораний в солнечных энерго-системах имеют своей причиной дефекты сЭ [2].

Целью работы является исследование различных режимов нагрева сЭ и батарей на их основе темно-вым током и применение этих режимов для метода инфракрасной термографии.

сЭ в режиме протекания фототока представлен на рисунке 1 источником тока, диодом, последователь-ным Rп и шунтирующим Rш сопротивлениями, а так-же сопротивлением Rдеф дефекта типа электрического пробоя, имеющего резистивные свойства. темновой ток Іт в этом случае является частью от фототока Іф и, как правило, не вызывает того нагрева сЭ, который мо-жет обеспечить термографический контроль дефектов.

в случае прямого подключении сЭ к внешнему источнику питания в качестве нагрузки (рис. 2) через него можно пропустить регулируемый ток и создать необходимый для термографического контроля нагрев. Эквивалентная схема в этом случае дополнена пара-зитным диодом Шоттки (дефект, фиксируемый при прямом включении сЭ). в цепи фотодиода протекает темновой ток Ід, который значительно меньше тока Ідш, протекающего через паразитный диод Шоттки. сле-дует заметить, что кремниевый диод открывается при напряжении 0,6 в, а диод Шоттки – при напряжении 0,2–0,4 в, что и обуславливает аномально большой ток в местах сосредоточения дефектов типа паразитного диода Шоттки и, как следствие, локальный перегрев сЭ. темновой ток через шунтирующее сопротивление Rш и сопротивление дефекта типа электрического про-

Рис. 1 Эквивалентная схема СЭ в фоторежиме

І ф І т

R Rш деф

+

-

U

R п


61

боя Rдеф будет пренебрежительно малым по сравнению с темновым током через фотодиод и, тем более, пара-зитный диод. таким образом, прямую схему вклю-чения сЭ используют исключительно для контроля дефектов типа паразитных диодов Шоттки. тепловое поле поверхности пластины сЭ соответствует распре-делению темнового тока, поэтому на термограммах часто изображают поверхностную плотность тока [3]. в местах наличия паразитных диодов плотность тока может в десятки раз превышать среднюю величину.

в случае обратного включения сЭ диоды будут закрыты и темновой ток Іт будет равен сумме токов Iш и Iдеф. Эквивалентную схему тогда можно предста-вить в сокращенном виде (рис. 3). Обратное включе-ние позволяет осуществить термографический кон-троль шунтирующих дефектов типа электрического пробоя в сЭ [4].

Для удельной мощности нагрева 0,1 вт/см2, что соответствует солнечному облучению по стандарту АМ1.5, типичными параметрами будут:

– напряжение 20–30 в, однако при большом коли-честве шунтирующих дефектов может снизиться до 10–12 в;

– ток для типичного сЭ площадью 50 см2 составит 0,15–0,25 А, в некоторых случаях достигает 0,5 А.Режим нагрева отдельно взятого сЭ легко обеспе-

чить подключением лабораторного блока питания в режиме стабилизации напряжения. Для стабилизации мощности, подводимой в виде джоулева тепла, обычно достаточно 10–15 минут нагрева. После этого ток не изменяется и устанавливается режим стационарного теплообмена между сЭ и окружающим пространством

и температурное поле не меняется. До установления стационарного режима по мере повышения темпера-туры ток нагрева повышается по нелинейному закону.

Приведенные выше эквивалентные схемы под-ходят также для описания солнечных батарей, в ко-торых сЭ соединены последовательно, а значит и элементы эквивалентных схем также будут иметь по-следовательное соединение. Однако параметры схем существенно изменятся. так, сопротивление шунта возрастет в N раз, где N – количество сЭ в батарее. Обычно N = 36. соответственно для обеспечения не-обходимой мощности нагрева возрастает и обратное напряжение, которое необходимо подавать на бата-рею: с 20–30 в до 700–1000 в. Для нагрева солнеч-ной батареи обратным темновым током был специ-ально разработан и изготовлен каскадный источник питания 1000 в, 400 вт [5]. При нагреве прямым то-ком использовали источник переменного тока.

термограмма солнечной батареи в режиме нагрева темновым током при прямом включении солнечной батареи на кристаллическом кремнии мощностью 30 вт, 12 в представлена на рисунке 4. сопротивле-ние шунта батареи Rш = 11,0 кОм. При подаче пере-менного напряжения U = 26 в от понижающего се-тевого трансформатора (автотрансформатора ЛАтР) мощность нагрева отрицательной полуволной со-ставит 15 мвт, что является пренебрежительно ма-лой величиной (0,13%) по сравнению с мощностью нагрева положительной полуволной, которая соот-ветствует прямому включению источника темнового тока. средний ток І составил 4,5 А. Мощность нагре-ва прямым током 117 вт. таким образом, режим на-

Рис. 2 Эквивалентная схема СЭ при наличии дефектов в темновом режиме: прямое включение; Iш, Iдеф<< IдШ, Iд

Рис. 3 Эквивалентная схема СЭ в режиме темнового тока: обратное включение

І д

R Rш деф

+

-

R п

Внешний

источник

питания

Іт

І І ш деф І

дШ

R Rш деф

+

-

R п

Внешний

источник

питания

Іт

І І ш деф

ИзвестИя

62


Рис. 4 Термограмма солнечной батареи после нагрева прямым темновым током; координата Y=138

Рис. 5 Распределение температуры по координате Y=138, нагрев прямым темновым током

грева 12-вольтовой солнечной батареи прямым темновым током можно эффективно осуществлять подключением ее к источнику переменного напряжения 26 в. Напряжение источника для нагрева темновым током должно превы-шать напряжение холостого хода солнечной батареи, кото-рое составляет для 12-вольтовой батареи 21,4 в и в 36 раз превышает значение для отдельного сЭ (0,6 в).

температурное поле (рис. 4) имеет характерные верти-кальные полосы перегрева. Расположение тепловых полос соответсвует расположению контактных шин на поверх-ности пластин, а также между пластинами. Информации о дефектах по такой термограмме получить невозможно.

температурное поле в выбранном сече-нии удобно представлять в виде осцилло-граммы (рис. 5), которая имеет периодиче-скую форму, соответствующую топологии контактных шин. Локальные максимумы на-ходятся строго над шинами. всего батарея имеет 36 сЭ, расположенных в три ряда по четыре элемента в каждом, а также восемь контактных шин.

При остывании батареи ее температурное поле становится более однородным (рис. 6). Нагретой остается только область подключения внешних контактов к батарее (светлая область в верхней части изображения).

Осциллограмма с распределением темпера-туры вдоль координаты Y=51 приведена на ри-сунке 7.

Для той же батареи в режиме нагрева обрат-ным темновым током использовали каскадный источник питания 1000 в, 400 вт. Источник можно регулировать (в сторону понижения на-пряжения). Полученная термограмма лицевой стороны панели представлена на рисунке 8. Места дефектов соответствуют областям пере-грева (светлые пятна на термограмме). тип дефектов – электрический пробой, который создает дополнительное шунтирующее сопро-тивление в кремниевых пластинах сЭ.

термограмма позволяет: – выявлять отдельные сЭ, перегретые в ре-зультате наличия дефектов;


63

Рис. 7 Распределение температуры на поверхности солнечной батареи после 10-минутного остывания по координате Y=51

Рис. 6 Термограмма солнечной батареи после остывания в течении 10 минут, нагрев прямым темновым током; координата Y=51

– оценивать величину деградации (дефектности) сЭ по его максимальной температуре в локальной области;

– локализовать дефектную область в пределах отдельного сЭ с целью обеспечения теплоотвода от нее с помощью внешнего микро-радиатора или тепловой трубы.стабилизация мощности нагрева солнечных батарей

темновым током аналогична процессу нагрева отдельного сЭ и происходит вследствие установления теплового балан-

са между джоулевым теплом и теплом, которое отдает батарея в окружающее пространство. во время нагрева исходные параметры (ток, а значит, и мощность) повышаются за счет уве-личения подвижности носителей в полупрово-дниковой структуре сЭ. зависимость тока от температуры экспоненциальна и поэтому для достижения теплового баланса требуется значи-тельное время (от 10 до 15 минут). При прове-дении поточных термографических измерений необходима их высокая скорость, для чего тре-буется стабилизация мощности нагрева. стаби-лизированный по мощности источник питания может быть реализован добавлением умножите-ля тока и напряжения в цепь его обратной связи.

точную локализацию дефектов удобно про-водить по осциллограммам, одна из которых представлена на рисунке 9.

в результате выполненной работы на осно-вании анализа эквивалентных схем показано отличие методов нагрева прямым и обратным темновым током при термографическом кон-троле дефектов сЭ и солнечных батарей. Эти методы дают возможность контролировать принципиально различные дефекты по снятым термограммам.

Метод термографического контроля на ос-нове нагрева темновым током может приме-няться как для контроля солнечных батарей перед вводом их в эксплуатацию, так и для уже находящихся в эксплуатации.

ИзвестИя

64


Рис. 8 Термограмма солнечной панели при нагреве обратным темновым током; режим нагрева: 900 В, 110 мА

Рис. 9 Распределение температуры по координате Y=125, нагрев обратным темновым током

Литература (References)

1. Breitenstein O., Warta W., Lagenkamp M. Lock-in Thermography. Basic and Use for Evaluting Elec-tronic Devices and Materials. Springer Heidelberg Dordrecht London New York, 2010. 256 р.

4. Fraunhofer – ISE. Jahresbericht, 2012. PP. 117–118.3. Breitenstein O. Local analysis of the efficiency of

solar cells based on dark lock-in thermography im-aging. 11th International Conference on Quantita-tive InfraRed Thermography, 2012.

4. Breitenstein O., Bauer J., Altermatt P., Ramspeck K. Influence of Defects on Solar Cell Characteris-tics. Solid State Phenomena Vols. 156–158. 2010. PP. 1–10.

5. Порев в.А., Пахалюк Р.И., Божко К.М. Исследо-вание люминесцирующих дефектов солнечных панелей / Известия академии инженерных наук им. А.М. Прохорова, 2014. № 1. с. 11–14. Porev V.A., Pahalyuk R.I., Bozhko K.M. Issledovanie lyuminesciruyuschih defektov solnechnyh panelej [Study of luminescent defects solar panels]. Izvestiya akademii inzhenernyh nauk im. A.M. Prohorova [Proceedings of the Academy of Engineering Sciences. A.M. Prokhorov], 2014. № 1. РР. 11–14.


Порев владимир Андреевичдоктор техн. наук, профессор

E-mail: [email protected]дунаевский владимир иванович

канд. техн. наук, доцентБожко константин михайлович

аспирантНациональный технический университет Украины

«Киевский политехнический институт»Украина, г. Киев, пр. Победы, 37

Poryev vladimir AndreevichDoctor of Tech. Sciences, ProfessorE-mail: [email protected] vladimir ivanovichCand. of Techn. Sciences, Associate professorBozhko konstantin mikhailovichPostgraduate StudentUkraine «Kyiv polytechnic institute»Kiev, UkraineVictory Avenue, 37

Поверить и смириться с этим невозможно, но тем не менее это так, 22 апреля после непро-должительной болезни скончался член Президиума и руководитель научного отделения «Ав-томатизация и проектирование производственных процессов» Академии инженерных наук им. А.м. Прохорова, действительный член Академии космонавтики им. к.Э. Циолковского, член секции секций нТС российского космического агентства, эксперт космического кластера инновационного фонда Сколково, известный ученый в области аэрокосмического машино-строения и энергетики, основатель новой научной дисциплины экоматермики, человек необы-чайной эрудиции и кругозора, заслуженный деятель науки российской Федерации, ветеран ркк «Энергия», член президиума Академии инженерных наук имени академики А.м. Прохо-рова, профессор московского авиационного института (национального исследовательского университета), доктор технических наук Бурдаков валерий Павлович.

Свою трудовую деятельность он начал в 1959 году после окончания мАи в окБ-1 С.П. короле-ва, впоследствии имеющее название ЦкБЭм и нПо «Энергия». он работал в центральном про-ектном отделе окБ – подразделении, определяющем перспективы развития космонавтики.

По роду своей деятельности ему приходилось встречаться и работать со многими выдающи-мися конструкторами, вошедшим в историю двадцатого века С.П. королевым, в.П. мишиным, в.П. Глушко, Б.С. Стечкиным, Г.е. Лозино-Лозинским, основоположниками ракетно-космиче-ской техники страны.

ему выпала честь находиться у истоков работ по орбитальному кораблю «Буран», быть одним из главных идеологов системы «Энергия-Буран» и средств ее авиатранспортирования.

С 1986 года валерий Павлович работал заместителем директора научно-исследовательского центра «космо» и занимался проектированием многоразовых космических носителей, косми-ческих солнечных электростанций, активно развивал экоматермику – науку, которая синтези-рует подходы характерные для экономики, математики и термодинамики.

Активно занимаясь научной деятельностью, профессор Бурдаков в.П. передавал свой опыт молодежи, преподавая на кафедре авиационно-космической теплотехники московского ави-ационного института, сначала по совместительству, а в дальнейшем на штатной должности профессора.

именно в это время он стал активно писать статьи в различные газеты, журналы, учебные по-собия, монографии, уделяя особое внимание подготовке современных инженеров. его публи-кации отличались красотой и увлеченностью, большой заинтересованностью читателей.

жалко, когда уходят из жизни такие люди, влюбленные в свою страну и авиационно-космиче-скую технику, оставив память о себе своими делами, суждениями и публикациями.

Президиум Академии инженерных наук имени А.м. Прохорова

Валерий ПаВлоВич БурдакоВ

66

1. При направлении материалов для публикации в журнале необходимо заполнить кар-точку «Сведения об авторе» (на русском и английском языках). Пример. Адрес реги-страции: 111222, москва, ул. генерала Авдеева, дом 2, корпус 4, квартира 444. 111222, moscow, street of general Avdeeva, the house 2, building 4, apartment 444.

Сведения оБ АвТоре:

Фамилия.........................................................имя.................................................................отчество.........................................................дата и место рождения...................................Адрес регистрации (прописки) по паспорту с указанием почтового индекса...........Адрес фактического проживания с указанием почтового индекса..........................контактная информация

(домашний, служебный и мобильный телефоны, электронный адрес)................название организации

(место работы (учебы)) вместе с ведомством, к которому она принадлежит, занимаемая должность, адрес организации с указанием почтового индекса....

ученая степень и звание (№ диплома, аттестата, кем и когда выдан)......................

2. объем статьи не должен превышать 20 страниц машинописного текста. Текст необходимо набирать в редакторе Word шрифтом № 12, Times new roman; текст не форматируется, т.е. не имеет табуляций, колонок и т.д. Статьи должны быть свободны от сложных и гро-моздких предложений, математических формул и особенно формульных таблиц, а также промежуточных математических выкладок. нумеровать следует только те схемы и форму-лы, на которые есть ссылка в последующем изложении. все сокращения и условные обо-значения в схемах и формулах следует расшифровать, размерности физических величин давать в Си, названия иностранных фирм и приборов – в транскрипции первоисточника с указанием страны.

3. отдельным файлом должны быть присланы аннотация и ключевые слова на русском и ан-глийском языках. в аннотации полностью должна быть раскрыта содержательная сторона публикации и полученные результаты (выводы). Аннотация должна иметь объем от 100 до 250 слов. После аннотации дается перечень ключевых слов – от 5 до 10.

4. Список использованной литературы (лишь необходимой и органически связанной со ста-тьей) составляется в порядке упоминания и дается в конце статьи. Ссылки на литературу в тексте отмечаются порядковыми цифрами в квадратных скобках, а именно: [1, 2]. жела-тельно, чтобы список литературы содержал не менее 10–12 источников, в том числе как минимум – 3 зарубежные публикации (желательно из трех стран) в данной области за последние 5–10 лет.

Список литературы представляется на русском, английском языках и латинице (романским алфавитом). вначале дается список литературы на русском языке, имеющиеся в нем зару-бежные публикации – на языке оригинала. Затем приводится список литературы в роман-ском алфавите, который озаглавливается references и является комбинацией англоязычной [перевод источника информации на английский язык дается в квадратных скобках] и транслитерированной частей русскоязычных ссылок. в конце статьи приводится назва-ние статьи, фамилия, имя, отчество автора(ов), ученая степень, ученое звание, должность и место работы, электронный адрес хотя бы одного из авторов для связи и точный почто-вый адрес организации (место работы автора) на русском и английском языках, при этом название улицы дается транслитерацией.

Список литературы следует оформлять в соответствии с международными стандартами.

ПрАвиЛА оФормЛения, рАССмоТрения, ПуБЛикАЦии и реЦенЗировАния СТАТей


67

ПРИМЕР ОфОРМЛЕНИЯ ЛИТЕРАТУРы

• Статья из периодического журналаБаранов м.и., веселова н.в. основные достижения отечественных и зарубежных научных школ в области техники высоких напряжений. часть 1: московская, Ленинградская, Томская и киевская школы Твн // история науки и техники. 2012. Т. 2. № 3. С. 38−52.

• referencesПеревод русского текста на латиницу необходимо производить с использованием ресурса http://shub123.ucoz.ru/Sistema_transliterazii.html. онлайн транслит-переводчик. Перевод на английский язык – с помощью ресурса http://translate.google.com/ «google Перевод-чик» – онлайн-перевод текстов.

Схема представления статьи: автор (ры), название статьи пишется на латинице, далее в ква-дратных скобках название статьи на английском языке. название журнала – на латинице, далее в квадратных скобках – перевод названия на английский язык. Год, номер (том, вы-пуск), страницы. При этом слово «том» пишется не полностью – volume, а сокращенно – vol.

Baranov m.i., veselova n.v. osnovnye dostizheniya otechestvennykh i zarubezhnykh nauchnykh shkol v oblasti tekhniki vysokikh napryazheniy. Chast 1: moskovskaya, Leningradskaya, Tomskaya i kievskaya shkoly Tvn [The main achievements of russian and foreign scientific schools in the art of high voltages. Part 1: moscow, Leningrad, Tomsk and kiev school Tvn]. istoriya nauki i tekhniki [history of science and Engineering]. 2012. vol. 2. № 3. PP. 38–52.

Перевод всегда необходимо перепроверять. Так, например, в указанном выше переводе «google Переводчик» – онлайн-перевод текстов сделан правильно, однако последова-тельность школ в конце изменена, то есть московская, Ленинградская, Томская и киевская школы Твн, были переведены как moscow, Leningrad, kiev and Tomsk school Tvn. в таких случаях автору надо самому исправить неточность перевода, внести коррективу и написать moscow, Leningrad, Tomsk and kiev school Tvn, как это дается выше.

• монографияищенко А.м. отечественное приборостроение: становление и развитие. м.: научтехли-тиздат, 2011. ishchenko A.m. otechestvennoe priborostroenie: stanovlenie i razvitie [domestic instrument: development and Evolution]. m.: nauchtekhlitizdat [moscow: Publishing house «nauchtehlitizdat»]. 2011. 240 p.

название издательства «научтехлитиздат» на английский язык не переводится, поэтому пи-шется латинскими буквами. если книга и/или монография издана в издательстве название, которого переводится на английский, то сначала надо дать транслитерацию названия из-дательства, а потом в квадратных скобках указать перевод этого названия на английский язык. При этом обращаем ваше внимание, что в россии принято название города москвы указывать сокращенно – м., однако зарубежные читатели могут не понять, что это город москва, а может быть книга издана в мурманске, магнитогорске, мариуполе. Поэтому в ква-дратных скобках указываем полное название города – moscow, а если это город, где издана монография и/или книга, например, мариуполь: издательство «Звезда», или магнитогорск: издательство «Сталь», то в квадратных скобках кроме города указываем перевод названия издательства на английский язык.

например: иванов и.и. Проблемы разработки недр. м.: наука, 2012. 320 с. в references эту книгу указываем так: ivanov i.i. Problemy razrabotki nedr [Problems of development of mineral resources]. m.: nauka [moscow: Publishing house «Science»]. 2012. 320 p.

особо обращаем внимание авторов, что если вы ссылаетесь на статью, то обязательно надо указать страницы от и до, на которых она напечатана, при этом букву «с» надо ставить перед страницами. например, С. 22–37, в references – рр. 22–37. если дается ссылка на монографию, то буква «с» ставится после указания количества страниц. например, 240 с. в references – 240 p. все материалы необходимо направлять на электронный адрес ре-дакции, а также на почтовый адрес редакции (107258, москва, Алымов пер., д. 17, стр. 2, ооо «научтехлитиздат», редакция журнала «указать название журнала») с подписями автора(ов) на каждой странице.

ИзвестИя

68


ЭТАПы РАССМОТРЕНИЯ И ПУБЛИКАЦИИ СТАТьИ

1. регистрация статьи и присвоение ей индивидуального номера.

2. определение соответствия содержания статьи тематике журнала. если содержание не совпадает с тематикой публикуемых статей в журнале, статья снимается с рассмотре-ния; об этом сообщается автору (или авторам). неопубликованный материал авторам не возвращается.

3. направление статьи рецензенту, крупному специалисту в данной области.

4. рассмотрение замечаний и пожеланий рецензента; при необходимости обращение к ав-тору с просьбой учесть замечания и пожелания рецензента. При получении от рецензента отрицательной рецензии статья передается другому рецензенту. При отрицательном ре-зультате повторного рецензирования статья снимается с рассмотрения.

5. научное редактирование.

6. Литературное редактирование.

7. корректура статьи.

8. верстка статьи.

После прохождения вышеперечисленных этапов статья включается в список подготовлен-ных для публикации статей и публикуется в порядке общей очереди.

ПРАВИЛА РЕЦЕНЗИРОВАНИЯ СТАТЕй

Любая статья, поступающая в редакцию журнала, независимо от личности автора(ов) на-правляется рецензенту, крупному специалисту в данной области.

Статья рецензенту передается безличностно, т.е. без указания фамилии автора(ов), места ра-боты, занимаемой должности и контактной информации (адреса, телефона и E-mail адреса).

рецензент на основе ознакомления с текстом статьи обязан в разумный срок подготовить и в письменной форме передать в редакцию рецензию, в обязательном порядке содержащую оценку актуальности рассмотренной темы, указать на степень обоснованности положений, выводов и заключения, изложенных в статье, их достоверность и новизну. в конце рецензии рецензент должен дать заключение о целесообразности или нецелесообразности публика-ции статьи.

При получении от рецензента отрицательной рецензии статья передается другому рецензен-ту. второму рецензенту не сообщается о том, что статья была направлена рецензенту, и что от него поступил отрицательный отзыв. При отрицательном результате повторного рецензи-рования статья снимается с рассмотрения и об этом сообщается автору(ам).

Автору(ам) редакция направляет копии рецензии без указания личности рецензента.

в исключительных случаях, по решению редакционной коллегии, при получении от двух рецензентов отрицательного отзыва, статья может быть опубликована. Такими исключи-тельными случаями являются: предвзятое отношение рецензентов к рассмотренному в ста-тье новому направлению научного нововведения; несогласие и непризнание рецензентами установленных автором фактов на основе изучения и анализа экспериментальных данных, результатов научно-исследовательских, опытно-конструкторских и других работ, выполнен-ных на основании и в рамках национальных и государственных программ и принятых за-казчиком; архивных и археологических изысканий, при условии предоставления автором документальных доказательств и т.д.

ISSN 2307-163Х

NEWS ACADEMY OF ENGINEERING SCIENCES

A.M. PROKHOROV

№ 2 ∙ 2014

ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ

ИНЖЕНЕРНЫХ НАУК им. А.М. ПРОХОРОВА

Documents

Известия академии инженерных наук 2014 №2