Магістерські роботи (КЗФМФП)

Постійне посилання зібрання

https://ela.kpi.ua/handle/123456789/21807

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 20 з 58

Відкритий доступ
Вплив електронного опромінення на еволюцію кристалічної структури алмазного порошку
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Рудик, Артем Андрійович; Решетняк, Сергій Олександрович
Електронне опромінення є важливим інструментом модифікації та вивчення властивостей твердих тіл. Дослідження еволюції кристалічної структури під впливом цього процесу дозволяє глибше зрозуміти механізми структурних перетворень, що мають важливе значення для матеріалознавства, нанотехнологій та квантової фізики. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Магістерська дисертація виконана в рамках тематики наукової групи кафедри загальної фізики ФМФ-10 Фізика конденсованого стану. Об’єкт дослідження. Кристалічні матеріали, піддані електронному опроміненню. Предмет дослідження. Зміни кристалічної структури матеріалів під дією електронно-променевого опромінення. Мета роботи. Розробка методології та аналіз еволюції кристалічної структури твердого тіла під впливом електронно-променевого опромінення за допомогою скануючої електронної мікроскопії та рентгенівської дифрактометрії. Методи дослідження : − Скануюча електронна мікроскопія (SEM). − Рентгенівська дифрактометрія (XRD). − Електронно-променева установка (ЕПУДЗ). Задачі дослідження : − Аналіз впливу параметрів електронного опромінення на структуру твердого тіла. − Дослідження дефектів у кристалічній решітці, індукованих опроміненням. − Визначення кореляції між структурними змінами та фізичними властивостями матеріалів. Наукова новизна одержаних результатів : − Виявлено механізми формування дефектів у кристалічній структурі штучного алмазу під впливом електронного опромінення. − Встановлено залежність еволюції кристалічної структури матеріалу від дози та енергії електронного опромінення. Практичне значення одержаних результатів. Результати роботи будуть впроваджені в навчальний процес підготовки студентів бакалаврського рівня спеціальності Е5 «Фізика та астрономія» у фізико-математичному факультеті КПІ ім. Ігоря Сікорського.
Відкритий доступ
Фізичні властивості плівок оксиду графену, осадженого на структуру SiO2-Si і відновленого лазерним випромінюванням
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Наконечний, Ілля Андрійович; Назаров, Олексій Миколайович
Актуальність теми потреба у керованому формуванні провідних шарів на основі частково відновленого оксиду графену, а також формуванні оптимальних параметрів, необхідних для даного відпалу. GO у вихідному стані характеризується широкою оптичною забороненою зоною і виступає як діелектрик, а його відновлення відкриває шлях до застосувань у мікро- та наноелектроніці. Зв’язок дослідження з науковими програмами, планами, темами робота виконана на базі кафедри загальної фізики та моделювання фізичних процесів фізико-математичного факультету НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського» у співпраці з Інститутом фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова Національної академії наук України. Обʼєкт дослідження тонкі плівки GO/rGO та композити GO–ZnO на підкладках SiO2 – Si і прозорих референсних підкладках після термічного й лазерного впливу. Предмет дослідження залежності між параметрами обробки та еволюцією π-мережі, дефектної структури, оптичної щілини, товщини та поверхневого опору. Мета роботи дослідження впливу умов відпалу та лазерного впливу на зміну фізичних властивостей GO-плівок, а також встановлення кореляцій між оптичними, електрофізичними та раманівськими параметрами як основи неруйнівного контролю. Методи дослідження охоплюють УФ–видиму спектрофотометрію (аналіз графіка Тауца), оцінювання товщини за інтерференційними ознаками, чотиризондові вимірювання поверхневого опору, мікрораманівську спектроскопію з параметризацією піків та деконволюційний аналіз. Задачі дослідження полягають у встановленні кількісних залежностей між режимами термічного та лазерного відновлення плівок GO (і композитів GO – ZnO) на структурах SiO2–Si та зміною їх оптичних, електрофізичних і раманівських характеристик. На основі отриманих залежностей визначаються відтворювані «вікна» параметрів обробки та формуються критерії неруйнівної оцінки ступеня відновлення й однорідності плівок. Наукова новизна одержаних результатів встановлення узгоджених закономірностей впливу температури відпалу, газового середовища, потужності лазера та підігріву підкладки на дефектність і провідність GO/rGO, а також у підтвердженні статистично значущих кореляцій між оптичними, електрофізичними й раманівськими параметрами, що створює підґрунтя універсальної неруйнівної методики контролю. Практичне значення одержаних результатів порівняння режимів обробки. Показано, що інтенсивне термічне відновлення GO спостерігається в діапазоні 160 – 200 ℃ зі зменшенням поверхневого опору на кілька порядків, а підвищення температури до 250 ℃ наближає параметри до стану частково відновленого графену. Для лазерної обробки встановлено, що без підігріву підкладки оптимальний ступінь відновлення відповідає потужності близько 8%, тоді як за наявності підігріву оптимум зміщується в діапазон 3 – 4% внаслідок додаткового внеску термічного ефекту. Також обґрунтовано доцільність комбінованого підходу (лазерне + термічне відновлення) як «комплексного алгоритму» керованого формування властивостей.
Відкритий доступ
Застосування фрактального аналізу до вивчення зон зварного з’єднання із сталі 09Г2С
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Марковська, Софія Дмитрівна; Штофель, Ольга Олександрівна
Сучасне машинобудування, енергетика та зварювальні технології потребують матеріалів із прогнозованими механічними властивостями. Ці властивості визначаються не лише хімічним складом, а й структурними параметрами металу — розміром і формою зерен, наявністю пор та включень. Оскільки мікроструктура металів має складну, багаторівневу організацію, традиційні методи аналізу не завжди дають повну кількісну оцінку. Застосування фрактального аналізу дозволяє описати складність і неоднорідність структури, визначити зв’язок між фрактальними параметрами та механічними характеристиками металу, що робить цей підхід актуальним для оцінювання якості та прогнозування властивостей металу зварних швів. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами Робота виконана в межах тематичного напряму наукової групи кафедри загальної фізики та моделювання фізичних процесів ФМФ КПІ імені Ігоря Сікорського, узгодженого з дослідженнями Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України щодо фрактальної параметризації структур зварних з’єднань. Об’єкт дослідження зварний зразок металу зі сталі 09Г2С. Предмет дослідження взаємозв’язок між механічними, хімічними та фрактальними характеристиками у різних зонах зварного з’єднання. Мета роботи дослідження структури зон зварного з’єднання зі сталі 09Г2С методом фрактального аналізу та встановити зв’язок фрактальної розмірності з механічними властивостями матеріалу. Методи дослідження 1) Короткочасні випробування зразків зварного з’єднання на одновісний розтяг були виконані при кімнатній температурі на установці Instron 8802 згідно ДСТУ ISO 6892-1:2019. 2) Випробування на ударний вигин проведено згідно зі стандартом ISO 14556-2000 на вертикальному інструментальному маятниковому копрі ИО 5003-0,3.8 3) Хімічний аналіз для визначення елементного складу металу досліджуваних зразків зварного з’єднання здійснено на рентгенфлуоресцентному спектрометрі та засобами детектора електроного мікроскопа TESCAN VEGA 4) Металографічні дослідження мікроструктури шліфів здійснено на мікроскопі NEOPHOT-32 зі застосуванням цифрової фотокамери OLYMPUS та на електроному мікроскопі TESCAN VEGA 3. Задачі дослідження 1) Здійснити теоретичний аналіз наукових першоджерел для формування теоретичних засад фрактального аналізу структур металів: поняття самоподібності, фрактальної розмірності та методів її визначення; узагальнити існуючі підходи до оцінювання фрактальних параметрів у матеріалознавстві та зварювальній металургії. Проаналізувати результати інших авторів щодо впливу структурних та фрактальних характеристик металу зварних швів на його механічні властивості. 2) Дослідити процес отримання зразків зі сталі 09Г2С, їх підготовку до металографічного аналізу, встановити структурні, механічні та хімічні характеристики. 3) Дослідити зв’язок структурних параметрів із механічними характеристиками зразків зі сталі 09Г2С у різних зонах зварного з’єднання (зона сплавлення, зона термічного впливу, основний метал). Визначити кореляції між механічними, хімічними, фрактальними та структурними параметрами. 4) Здійснити теоретичний аналіз підходів до вивчення структурних складових металу та охарактеризувати роль меж зерен та неметалічних включень, які впливають на механічні характеристики матеріалу. Оцінити чутливість фрактальної розмірності до локальних неоднорідностей мікроструктури. Наукова новизна одержаних результатів Встановлено для зварних з’єднань сталі 09Г2С кількісні кореляції між фрактальною розмірністю меж зерен і механічними властивостями: ударною в’язкістю, границями плинності та міцності. Виявлено, що зменшення фрактальної розмірності D у зоні термічного впливу відповідає зростанню крихкості металу, тоді як більш розгалужена структура (вища D) асоціюється з підвищеною енергоємністю руйнування. Отримані закономірності узагальнено у вигляді емпіричних залежностей, придатних для прогнозування властивостей зварних швів. Практичне значення одержаних результатів Результати можуть бути використані для оцінювання якості зварних з’єднань, оптимізації технологічних режимів зварювання та діагностики пошкоджень за фрактальними параметрами. Встановлені зв’язки між структурними й механічними характеристиками створюють основу для нових методів неруйнівного контролю з використанням фрактального аналізу.
Відкритий доступ
Вплив електромагнітного випромінювання радіочастотного діапазону на біологічні об’єкти
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Цутевич, Поліна Антонівна; Котовський, Віталій Йосипович
Актуальність дослідження зумовлена необхідністю поглибленого вивчення механізмів взаємодії радіочастотного електромагнітного випромінювання з біологічними об'єктами, а також розробки та впровадження нових, науково обґрунтованих підходів до використання інфрачервоної термографії в комплексній терапії онкологічних захворювань. Реалізація поставлених завдань дозволить суттєво покращити якість діагностики, підвищити ефективність лікувальних втручань та забезпечити контроль безпеки пацієнтів. Об’єкт дослідження біологічні об’єкти (пухлина Герена у щурів) під дією радіочастотного електромагнітного випромінювання. Предмет дослідження теплові та енергетичні процеси в біологічних об’єктах під час радіочастотної магнітотермії: формування температурних полів, параметри локальної гіпертермії, поглинута енергія ядром пухлини та неінвазивний контроль дослідженння методом інфрачервоної термографії. Мета дослідження обґрунтувати та експериментально дослідити застосування магнітотермії з дистанційним інфрачервоним термографічним контролем для локального нагріву пухлин і кількісної оцінки поглинутої енергії на моделі пухлини Герена у щурів, з визначенням оптимальних параметрів РЧ – впливу для підвищення ефективності комбінованої терапії злоякісних новоутворень. Методи дослідження Проведенні радіочастотної магнітотермії на установці «Магнітерм» з одночасним неінвазивним контролем температури інфрачервоною термографією та подальшою кількісною обробкою термограм. Задачі дослідження 1) Провести аналітичний огляд сучасних підходів до радіочастотної гіпертермії/магнітотермії та дії електромагнітного випромінювання на злоякісні пухлини, з акцентом на зниження хіміорезистентності. 2) Описати та обґрунтувати апаратно-програмний комплекс (установка «Магнітерм» і дистанційна ІЧ-термографія), параметри впливу та методи контролю. 3) Провести експериментальні дослідження in vivo на моделі пухлини Герена у щурів під впливом установки «Магнітерм», зафіксувати температурні зміни та карти нагріву. 4) Виконати кількісну енергетичну оцінку та проаналізувати динаміку різниці температур до початку опромінювання та після у ядра та периферії пухлини. 5) Оцінити внутрішньопухлинну гетерогенність і її чутливість до помірної гіпертермії. Наукова новизна одержаних результатів Запропоновано інтегрований підхід до локальної гіпертермії злоякісних новоутворень, що поєднує магнітотермію з інфрачервоним моніторингом температурних змін у реальному часі. Розроблена методика забезпечує прецизійний контроль локального нагрівання пухлинних клітин та мінімізацію термічного ушкодження здорових тканин. Встановлено нові біофізичні закономірності між інтенсивністю магнітного поля та динамікою теплової відповіді пухлинних клітин, що створює передумови для проведення індивідуальних магнітотермічних процедур у сучасній онкотерапії.
Відкритий доступ
Вплив магнітного поля на регуляцію іонних каналів Ca2+ через біогенні та синтетичні медіатори механотрансдукції
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Свердліченко, Дмитро Юрійович; Горобець, Оксана Юріївна
Коливання концентрації іонів Са2+ вважається одним з основних регуляторів фізіологічних процесів у клітинах. Залежно від концентрації іони кальцію (ліганди) селективно зв’язуються із відповідними білками (сигнальні шляхи), що надалі координують процеси, такі як: скорочення м’язів, нейромедіація, генетична експресія, проліферація та апоптоз. Розробка неінвазивного методу впливу на концентрацію кальцію є перспективною, а поставлена задача належить до міждисциплінарного напрямку, який охоплює галузі фізики магнетизму, біофізики та молекулярної біології. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами кафедри Дослідження проводились в рамках тематики наукової школи «Фізика твердого тіла та магнітних явищ». Об’єкт дослідження Концентрація кальцію у ендотеліальній клітині людини. Предмет дослідження Закономірності впливу магнітного поля на динаміку внутрішньоклітинної концентрації кальцію. Мета роботи Метою даної роботи є встановлення закономірностей впливу імпульсних та гармонійних обертових магнітних полів на динаміку внутрішньоклітинної концентрації іонів кальцію в ендотеліальній клітині людини з урахуванням присутності біогенних та/або штучних магнітних наночастинок, інтегрованих у клітинну мембрану як потенційних медіаторів механотрансдукції. Робота також передбачає аналіз експериментальних даних щодо впливу магнітних полів на Са2+-залежну сигналізацію в різних типах клітин і тканин, з метою виявлення загальних закономірностей та можливих механізмів магнітокерованої регуляції клітинних процесів. Методи дослідження Комп’ютерне моделювання фізичного процесу. Задачі дослідження - Здійснити моделювання впливу магнітного поля та вбудованих в мембрану клітини штучних та/або біогенних магнітних наночастинок на робочий цикл коливань концентрації внутрішньоклітинного кальцію. - Розрахувати залежність повної кількості сигналів кальцію від частоти обертального магнітного поля з урахуванням діапазонів робочих частот білківдекодерів сигналів кальцію в ендотеліальній клітині людини. - Здійснити моделювання резонансних ефектів при впливі магнітного поля та вбудованих в мембрану клітини штучних та/або біогенних магнітних наночастинок на коливання концентрації внутрішньоклітинного кальцію. - Здійснити моделювання впливу гіпо(гео)магнітного поля, магнітних бур та вбудованих в мембрану клітини штучних та/або біогенних магнітних наночастинок на коливання концентрації внутрішньоклітинного кальцію. Наукова новизна одержаних результатів - Вперше встановлено вплив магнітного поля та вбудованих в мембрану клітини штучних та/або біогенних магнітних наночастинок на робочий цикл коливань концентрації внутрішньоклітинного кальцію. - Вперше розраховано залежність повної кількості сигналів кальцію від частоти обертального магнітного поля з урахуванням діапазонів робочих частот білків-декодерів сигналів кальцію в ендотеліальній клітині людини. - Вперше виявлено резонансні ефекти при впливі магнітного поля та вбудованих в мембрану клітини штучних та/або біогенних магнітних наночастинок на коливання концентрації внутрішньоклітинного кальцію. - Вперше здійснено теоретичне моделювання впливу гіпо(гео)магнітного поля, магнітних бур та вбудованих в мембрану клітини штучних та/або біогенних магнітних наночастинок на коливання концентрації внутрішньоклітинного кальцію. Практичне значення одержаних результатів Практичне значення одержаних результатів полягає у їх застосовності для подальшої розробки неінвазивних методів точної регуляції внутрішньоклітинної концентрації іонів Са2+ для впливу на перебір переліку фізіологічних та метаболічних процесах в терапевтичних цілях.
Відкритий доступ
Метод послідовного усереднення визначення термоелектричних властивостей макроскопічно невпорядкованих середовищ
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Дідур, Іван Валерійович; Снарський, Андрій Олександрович
Передбачення ефективних властивостей термоелектричних композитів за моделювання трифазного одночасного та послідовного змішувань можуть надати уявлення про очікувані параметри отриманих таким чином експериментальних зразків, необхідні для створення спеціалізованих матеріалів у промислових та наукових цілях. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами кафедри Дослідження проводились в рамках тематики наукової школи «Фізика твердого тіла та магнітних явищ». Об’єкт дослідження Ефективні властивості термоелектричних композитів (провідність, термо-ерс, теплопровідність, добротність). Предмет дослідження Змішування матеріалів термоелектричних композитів та їхні результуючі якості. Мета роботи Метою даної роботи є встановлення закономірностей впливу порядку змішування та відносних розмірів частинок матеріалів (фаз) композиту на його результуючі ефективні властивості. Методи дослідження Комп’ютерне моделювання фізичного процесу. Задачі дослідження - Дослідити існуючі моделі для отримання ефективних властивостей термоелектричних композитів. - Здійснити моделювання впливу на ефективні властивості термоелектричних композитів в залежності від порядку змішування. - Дослідити узгодження запропонованого методу послідовного усереднення з класичними методами за граничних значень концентрації (наближення до перколяційного порогу). Наукова новизна одержаних результатів - Вперше запропоновано та змодельовано метод послідовного усереднення для трифазних композитів. - Вперше отримано метод отримання ефективних властивостей термоелектричного композиту для трьох фаз, який враховує відносну різницю розмірів частинок. - Вперше виявлено ефект проміжного зниження ефективної провідності трьохфазного композиту при збільшенні концентрації однієї з двох провідних фаз. Практичне значення одержаних результатів Практичне значення одержаних результатів полягає у їх застосовності для подальшої розробки матеріалів із бажаними ефективними властивостями для подальшого використання у промислових та наукових цілях.
Відкритий доступ
Дослідження проблеми тепловідводу пристроїв інформаційної електроніки
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Чирка, Юрій Володимирович; Майкут, Сергій Олексійович
Зростання продуктивності та мініатюризація пристроїв інформаційної електроніки супроводжується підвищенням теплових навантажень на їхні компоненти. Неефективний тепловідвід призводить до перегріву, що зменшує надійність, скорочує термін служби обладнання та може стати причиною його виходу з ладу. Особливо це актуально для компактних пристроїв, таких як бездротові маршрутизатори, що працюють безперервно та часто в умовах обмеженої вентиляції. Незважаючи на значну кількість досліджень у сфері теплопередачі, проблема розробки ефективних, компактних та енергоощадних рішень охолодження для мережевих пристроїв залишається недостатньо вивченою, що й обумовлює доцільність проведення даної роботи. одатково слід відзначити, що сучасні тенденції розвитку інформаційно комунікаційних технологій вимагають від мережевого обладнання не лише високої пропускної здатності та стабільності роботи, але й здатності функціонувати у широкому діапазоні температурних умов – від офісних приміщень до технічних шаф і промислових об’єктів. У таких середовищах навіть незначне підвищення внутрішньої температури може прискорити деградацію компонентів, зокрема електролітичних конденсаторів, мікросхем пам’яті та високочастотних модулів, що у підсумку негативно позначається на якості сервісу та безперервності зв’язку. Саме тому дослідження теплових процесів у компактних мережевих пристроях та пошук оптимальних способів відведення тепла набувають не лише технічної, але й економічної значущості, оскільки їх результати прямо впливають на надійність, довговічність і конкурентоспроможність обладнання. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконано в межах науково-дослідної тематики кафедри (номер державної реєстрації 0123U109876) у рамках напряму «Оптимізація теплових режимів електронних пристроїв та розробка методів їх охолодження». Робота узгоджена з пріоритетними напрямами розвитку галузі телекомунікацій та інформаційних технологій. Особистий внесок автора полягає у проведенні комп’ютерного моделювання теплових процесів у роутері в середовищі COMSOL Multiphysics, аналізі ефективності різних варіантів охолодження та формуванні рекомендацій для практичного застосування. Мета і задачі дослідження. Метою роботи є аналіз існуючих методів тепловідведення в пристроях інформаційної електроніки, моделювання температурних режимів роботи роутера з використанням програмного середовища COMSOL Multiphysics, розробка та перевірка ефективності альтернативних рішень для підвищення ефективності охолодження. Для досягнення мети було поставлено завдання: провести аналіз конструкції та теплових характеристик обраного пристрою; визначити основні джерела тепловиділення та проблемні зони тепловідводу; виконати комп’ютерне моделювання теплових процесів з використанням COMSOL Multiphysics; розробити кілька варіантів удосконалення системи охолодження; порівняти ефективність запропонованих рішень за результатами моделювання та експерименту; надати практичні рекомендації щодо впровадження оптимального способу охолодження. Об’єкт дослідження. Пристрій інформаційної електроніки – бездротовий роутер. Предмет дослідження. Теплові процеси в конструкції роутера та ефективність різних способів відведення тепла. Методи дослідження. У роботі використано: аналітичний огляд і порівняння існуючих методів охолодження; комп’ютерне моделювання в COMSOL Multiphysics з урахуванням теплопровідності, конвекції та теплового випромінювання; експериментальні вимірювання температурних режимів; статистичний аналіз отриманих даних. Наукова новизна одержаних результатів. Вперше для конкретної конструкції роутера виконано комплексне моделювання теплових процесів з урахуванням комбінованих механізмів теплопередачі; розроблено оптимізований метод пасивного охолодження з підвищеною ефективністю при мінімальних габаритних змінах. Отримано кількісну оцінку впливу конструктивних модифікацій на температурний режим роботи пристрою. Практичне значення одержаних результатів. Запропоновані рішення можуть бути використані при проектуванні нових моделей маршрутизаторів та модернізації наявних, що дозволить підвищити їхню надійність та подовжити термін служби без суттєвого збільшення енергоспоживання. Розроблена методика моделювання може бути адаптована для інших пристроїв інформаційної електроніки.
Відкритий доступ
Аналітичне та чисельне дослідження мікроелектромеханічної системи (МЕМС) на основі моделі осесиметричних коливань круглої пружної поверхні за довільних крайових умов
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Швачко, Єгор Олександрович; Решетняк, Сергій Олександрович
Отримані результати для простої моделі вимушених коливань круглої мембрани з пружним закріпленням по периметру та його графічна інтерпретація можуть бути корисними для розробників МЕМС при проектування МЕМС-пристроїв. Виявлення основних та вищих резонансних частот мембрани є важливим для її інтеграції в акустичні випромінювачі, сенсори та інші МЕМС-пристрої, де критично важливо точно контролювати динамічні параметри. Результати показали, що зростання частоти викликає зниження амплітуди коливань, що вказує на ефект частотного демпфування. Це відкриває можливість створення нових пристроїв із оптимізованим частотним демпфуванням для застосувань, де мембрани слугують не лише випромінювачами звуку, але й елементами амортизації або демпфування.
Відкритий доступ
Моделювання біполярного коронного розряду в системі з двома дротовими електродами за наявності магнітного поля
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Шляховер, Роман Сергійович; Майкут, Сергій Олексійович
У дослідженні представлено комплексну комп'ютерну модель біполярного коронного розряду в системі з двома дротовими електродами, яка демонструє високу ефективність у визначенні параметрів виникнення розряду. Встановлено, що запалення коронного розряду відбувається в діапазоні напруг від 52 кВ до 53 кВ, що відповідає напруженості електричного поля приблизно 4.1 ⋅ 106 В⁄м та зведеній напруженості електричного поля приблизно 170 Тд (для діаметру електродів 5 мм у повітрі за нормального тиску і температури 300 К), а вплив магнітного поля призводить до змін концентрації заряджених частинок (до 9%) та струму розряду (до 3.7%). Незважаючи на технічні обмеження використаного програмного забезпечення, дослідження розкриває перспективні напрямки подальшого вдосконалення моделювання, включаючи комбінування модулів, адаптацію коефіцієнтів реакцій та перехід до тривимірного моделювання.
Відкритий доступ
Моделювання негативного коронного розряду на електроді всередині котушки індуктивності, що створює магнітне поле
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Гріцай, Терентій Олександрович; Майкут, Сергій Олексійович
У межах проведеного дослідження було розроблено комплексну фізикоматематичну модель впливу магнітного поля на негативний коронний розряд з використанням сучасних чисельних методів моделювання в середовищі COMSOL Multiphysics. Дослідження показало, що магнітне поле з індукцією до 3 Тл здатне змінювати параметри коронного розряду, зокрема зменшувати кількість заряджених частинок та струм на катоді, що відкриває нові перспективи для розуміння фізичних процесів у плазмі та потенціального практичного застосування в різних технологічних галузях. Незважаючи на отримані результати, визначено низку напрямків для подальших досліджень, включаючи вдосконалення математичної моделі, уточнення плазмової хімії та валідацію результатів експериментальними даними.
Відкритий доступ
Моделювання впливу магнітних полів та вбудованих в мембрану клітини магнітних наночастинок на концентрацію внутрішньоклітинного кальцію
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Ватолкін, Дмитро Петрович; Горобець, Оксана Юріївна
Кальцій є одним з найважливіших складових у метаболізмі живих багатоклітинних організмів. Можливості впливу на процеси обміну кальцію відкривають нові методи для лікування, діагностики або профілактики захворювань. Результати моделювання показали, що обертове магнітне поле діапазону індукції B=5⋅10-4 Тл та частоти 0.1 – 1 Гц до 2 разів зменшують амплітуду хвилі концентрації внутрішньоклітинного кальцію, що відкриває перспективи застосування магнітних полів та штучних магнітних наночастинок як таргетно націлювані блокатори кальцієвих іонних каналів в органимішені, а також ставить питання перегляду стандартів безпеки магнітних полів для організму людини в зв’язку з наявністю в ньому біогенних магнітних наночастинок.
Відкритий доступ
Дослідження впливу геометрії коаксіальних електродів на характеристики тліючого розряду в азоті
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Павшук, Єгор Кирилович; Майкут, Сергій Олексійович
Актуальність теми Актуальність даного дослідження полягає в необхідності розуміння та оптимізації газорозрядних процесів, зокрема тліючого розряду в азоті з використанням коаксіальної системи електродів у вузьких трубках. Це дослідження має велике значення для розвитку нових технологій, таких як плазмові джерела світла, технології обробки матеріалів, та інших важливих виробничих процесів. Вивчення впливу геометрії коаксіальних електродів на характеристики тліючого розряду може призвести до вдосконалення ефективності та стабільності таких систем. Результати цього дослідження можуть мати практичне застосування в різних галузях, включаючи освітлення, технологічні процеси, та виробництво електроніки. Застосування комп'ютерних моделей у дослідженнях газорозрядних процесів важливо для швидкого та ефективного вивчення складних фізичних явищ. Цей підхід дозволяє здійснювати віртуальні експерименти та оптимізувати проекти без необхідності фізичного створення прототипів. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами «Технологія комбінованого лазерного та імпульсно плазмового нанесення зносостійких покриттів для зміцнення стволів вогнепальної зброї» – д/р № 0121U111822, дата реєстрації: 27-06-2021 Об’єкт дослідження тліючий розряд в азоті, нормальний та аномальний режими тліючого розряду в коаксіальній системі електродів. Предмет дослідження зміни характеристик плазми тліючого розряду в азоті в коаксіальній системі електродів при різних тисках і радіусах системи. Мета роботи Основною метою даної науково-дослідної роботи є вивчення впливу зміни геометрії коаксіальних електродів на характеристики та поведінку тліючого розряду в азотному середовищі. Конкретні цілі включають аналіз основних властивостей тліючого розряду, дослідження його поведінки в азоті, вивчення особливостей коаксіальної системи електродів, а також розробку та верифікацію математичної моделі для комп'ютерного моделювання. Методи дослідження методи математичної фізики, математичне моделювання і чисельний розрахунок для дослідження тліючого розряду у двомірній моделі коаксіальної системи електродів. Задачі дослідження 1. Провести хронологічне вивчення історії відкриття газових розрядів та внеску вчених у цей процес. Ознайомитися з фізичними процесами в плазмі газовихрозрядів і провести огляд сучасних теоретичних концепцій. Вивчити механізми та умови переходу від несамостійного до самостійного газового розряду. 2. Вивчити основні характеристики тліючого розряду. Дослідити поведінку тліючого розряду в азотному середовищі у тонких трубках. Вивчити особливості та параметри коаксіальних систем електродів, які використовуються для створення тліючого розряду. Здійснити аналіз наукових публікацій та досліджень, присвячених тліючому розряду. 3. Обґрунтувати вибір комп’ютерного моделювання як інструменту для наукових досліджень газорозрядних процесів. Описати використане програмне забезпечення для комп’ютерного моделювання тліючого розряду в коаксіальній системі електродів. Описати математичну модель, яка використовується для комп’ютерного моделювання тліючого розряду в коаксіальній системі електродів. 4. Описати розроблену модель у середовищі COMSOL Multiphysics, вказавши всі вхідні параметри та вибрані області дослідження. Представити та проаналізувати отримані результати моделювання. Сформулювати рекомендації для можливого застосування отриманих результатів на практиці та вказати можливі напрямки для подальших наукових досліджень у даній області. Наукова новизна одержаних результатів Дане дослідження вносить суттєвий внесок у розуміння газорозрядних процесів, зокрема тліючого розряду в азотному середовищі з використанням коаксіальних електродів. Новизною є комплексний підхід до вивчення взаємозв'язку між геометрією електродів та ключовими характеристиками розряду, що раніше не було представлено в літературі. Основними науковими досягненнями є детальний аналіз основних властивостей тліючого розряду при різних тисках і радіусах системи елктродів. Розробка та верифікація математичної моделі для комп'ютерного моделювання розкриває нові можливості для прогнозування поведінки розряду за різних умов. Практичне значення одержаних результатів Результати дослідження можуть бути використані в розробці нових електротехнічних пристроїв, де використання газового розряду є ключовим елементом. Оптимізація геометрії електродів дозволить підвищити ефективність та стабільність роботи пристроїв, що базуються на тліючих розрядах. Крім того, отримані результати можуть бути використані для розробки нових технологій в галузі освітлення, електроніки, азотування внутрішніх поверхонь тонких трубок та інших сфер, де використання газових розрядів в азоті є актуальним. Практична значимість цих досліджень полягає в можливості вдосконалення існуючих технологій та впровадженні нових, що сприятиме підвищенню рівня технологічного розвитку.
Відкритий доступ
Дослідження аномального тліючого розряду в коаксіальній системі електродів в азимутальному магнітному полі
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Тоябіна, Христина Сергіївна; Майкут, Сергій Олексійович
Актуальність теми Актуальність даної роботи обумовлена важливістю вивчення характеристик аномального тліючого розряду в коаксіальній системі електродів в азимутальному магнітному полі. Дослідження розкриває нові аспекти поведінки плазми в умовах, що визначаються зазначеною геометрією та наявністю магнітного поля. Фундаментальне розуміння цього явища може мати значення для розширення знань у галузі газових розрядів, зокрема, тліючих. Отримані результати можуть знайти практичне застосування в високотехнологічних галузях, зокрема, в оптимізації плазмових технологій для обробки внутрішніх поверхонь вузьких трубок. Моделювання тліючого розряду у коаксіальній системі електродів і при наявності азимутального магнітного поля досі не досліджено у повному обсязі. Фізикотопологічних тривимірних моделей, аналогічних до розробленої в рамках даної роботи, не було представлено раніше. Розширення знань у цьому напрямку сприятиме розвитку нових наукових концепцій та поглибленню наукових досліджень в області газових розрядів і плазми. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами «Технологія комбінованого лазерного та імпульсно-плазмового нанесення зносостійких покриттів для зміцнення стволів вогнепальної зброї» – д/р № 0121U111822, дата реєстрації: 27-06-2021. Об’єкт дослідження нормальний і аномальний тліючий розряд в коаксіальній системі електродів за наявності азимутального магнітного поля. . Предмет дослідження природа виникнення тліючого розряду в коаксіальній циліндричній системі електродів, процес переходу від нормального до аномального тліючого розряду, розподіл потенціалу, густини електронів і іонів в міжелектродному просторі, вплив азимутального магнітного поля на характеристики розряда. Мета роботи Мета даної роботи полягає у всебічному вивченні поведінки і характеристик тліючого розряду в коаксіальній системі електродів за наявності азимутального магнітного поля. Конкретні цілі дослідження включають встановлення умов виникнення тліючого розряду та переходу від нормального до аномального режиму горіння, вивчення впливу магнітного поля на поведінку тліючого розряду в зазначених умовах, розробку математичної моделі для пояснення фізичних процесів, що відбуваються в системі, і експериментальне підтвердження та верифікацію отриманих результатів. Основною метою є розширення знань про тліючи розряди в тонких трубках, зокрема, в контексті нестачі даних у літературі щодо аномальних тліючих розрядів в умовах наявності азимутального магнітного поля. Методи дослідження методи математичної фізики, математичне моделювання і чисельний розрахунок для дослідження тліючого розряду у тримірній моделі коаксіальної системи електродів.Задачі дослідження 1. Провести аналіз історичних аспектів дослідження газових розрядів. Вивчити процеси, що відбуваються в плазмі газового розряду, зокрема у тліючому розряді. Розглянути класифікацію газових розрядів, умови їх виникнення і сфери застосування в науці і техніці. 2. Визначити основні поняття, пов'язані із тліючим розрядом, та сформулювати ключові теоретичні аспекти цього явища. Проаналізувати теоретичні моделі і концепції, які роз'яснюють властивості аномального тліючого розряду. Розглянути особливості тліючого розряда в коаксіальній системі електродів. Дослідити вплив азимутального магнітного поля на тліючий розряд, враховуючи розглянуті теоретичні моделі. 3. Дослідити сфери застосування тліючого розряду в коаксіальній системі координат і, зокрема, в тонких трубках. Зробити літературний огляд наукових досліджень у галузі тліючого розряду. Провести експеримент по дослідженню характеристик тліючого розряду у коаксіальній системі електродів. Обґрунтувати вибір програмного забезпечення для ефективного моделювання тліючого розряду. 4. Описати використані підходи та методи для моделювання тліючого розряду, включаючи опис математичної і комп’ютерної моделей. Проаналізувати отримані результати моделювання. Представити та проаналізувати результати експерименту. Провести верифікацію модельних даних. Наукова новизна одержаних результатів Наукова новизна даного дослідження полягає у вивченні аномального тліючого розряду в коаксіальній системі електродів в азимутальному магнітному полі, що досі є мало вивченим явищем. Результати роботи розкривають особливості впливу азимутального магнітного поля на розрядні процеси, поведінку розряду та властивості плазми. Також дослідження включає експериментальний підхід для перевірки та верифікації модельних даних. Практичне значення одержаних результатів Розуміння закономірностей поведінки аномального тліючого розряду в коаксіальній системі електродів в азимутальному магнітному полі дозволить розробити більш ефективні методи та технології плазмової обробки матеріалів. Можливі практичні застосування включають в себе покращення процесів плазмового оброблення матеріалів, таких як нанесення покриттів, модифікація поверхні та інші процеси, які використовують плазму для поліпшення властивостей матеріалів. Розуміння впливу азимутального магнітного поля на розряд дозволить оптимізувати ці технології, збільшивши точність керування параметрами плазми розряду. Також, враховуючи важливість плазмових технологій у великій кількості промислових галузей, отримані результати можуть стати основою для подальших досліджень та розробок нових методів, спрямованих на вдосконалення сучасних та створення нових плазмових технологій з розширеним функціоналом та підвищеною продуктивністю.
Відкритий доступ
Контрольоване формування наноструктур на поверхнях кремнієвих пластин орієнтацій (111) та (110)
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Стретович, Микола Олександрович; Горшков, В’ячеслав Миколайович
Актуальність теми Сонячна енергія є відновлювальним джерелом і для його надійного використання необхідно покращувати ефективність перетворювальних елементів. Для значного зменшення коефіцієнтів відбиття поверхонь сонячних батарей необхідно використовувати методи керованого наноструктурування. Кремній є одним з найпоширеніших в земній корі напівпровідним елементом, який широко використовується для виготовлення фотовольтаїчних елементів. Іоннопроменеве травлення кремнію за низьких енергій іонів та високих щільностей потоку впливає лише на приповерхневі області наноматеріалів і має переваги над конкурентоспроможними технологіями, теоретичне дослідження збільшує потенціал практичного застосування, зокрема в сонячній енергетиці. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами тематика наукової групи ФМФ-07. Об’єкт дослідження Грані монокристалічного кремнію з різною орієнтацією відносно внутрішньої кристалічної структури, морфологія яких еволюціонує під дією опромінення щільними потоками Ar+. Предмет дослідження Фізичні механізми формування наноструктур внаслідок стимуляції кінетичних процесів в приповерхневих шарах монокристалічного кремнію зовнішнім опроміненням Мета роботи Розвиток концепцій керованого наноструктурування поверхні кремнію для мінімізації коефіцієнтів відбиття робочих поверхонь фотовольтаїчних елементів. Методи дослідження Кінетична модель Монте Карло для моделювання морфології поверхні кристалу алмазної кубічної ґратки кремнію. Задачі дослідження Провести аналіз літератури за темою магістерської дисертації. Виконати попередню якісно-оцінювальну роботу над предметом динаміки поверхневих процесів за зовнішньої стимуляції. Розрахувати динаміку поверхонь за блокування поверхневих та приповерхневих процесів. Отримати результати моделювання для плоских пластин кремнію різних початкових орієнтацій. Розрахувати коефіцієнти поверхневої шорсткості в різний момент часу для різних орієнтацій на основі отриманих результатів, та побудувати відповідні графіки залежностей.Наукова новизна одержаних результатів Іонно-променеве травлення за низьких енергій іонів та високих густин струму є відносно новим різновидом традиційної технології, а отримані теоретичні результати підтверджують його ефективність для використання у фотовольтаїці. Практичне значення одержаних результатів Результати показали значний потенціал високоефективної, екологічної та економічної технології зменшення коефіцієнту відбиття кремнієвих сонячних елементів. Апробація результатів дисертації Результати були детально описані та представлені у вигляді наукової статті в журналі рівня Q1 – Nanomaterials. Результати також було опубліковано в матеріалах декількох міжнародних та всеукраїнської конференції.
Відкритий доступ
Параметри кілець ньютона для спінових хвиль в феромагнітній системі
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Мирний, Єгор Олегович; Решетняк, Сергій Олександрович
Актуальність теми Прогрес в області спінтроніки призвів до збільшення актуальності вивчення фізичних явищ, пов’язаних із динамікою спінових хвиль Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами Дана робота виконана в рамках напрямів роботи наукової школи кафедри «Фізика твердого тіла та магнітних явищ» Об’єкт дослідження Спінові хвилі Предмет дослідження Процеси інтерференції об’ємних спінових хвиль Мета роботи Отримати параметри кілець Ньютона для об’ємних спінових хвиль в феромагнітній системі на основі двох одновісних матеріалів Методи дослідження В цій роботі були використані теоретичні методи дослідження, а саме: лінійна теорія збурень для магнітної динаміки, квантовомеханічні методи розрахунку характеристик розсіяння, методи геометричної оптики, чисельне моделювання. Задачі дослідження 1. Побудувати модель розповсюдження спінових хвиль у клині та дослідити умови, за яких інтерференція не спостерігається. 2. Визначити залежність інтенсивності хвилі в залежності від параметрів феромагнітного середовища, а також від кута клину та відстані від вершини клину 3. Побудувати модель розповсюдження спінових хвиль у системі “сферична поверхня – плоска поверхня”. 4. Визначення залежності параметрів кілець Ньютона для об’ємних спінових хвиль в залежності від частоти спінових хвиль, зовнішнього магнітного поля та кута падаючої хвилі. 5. На підставі проведеного дослідження запропонувати загальні рекомендації для використання отриманих результатів у науковій та/або практичній діяльності Наукова новизна одержаних результатів Отримано залежність радіусу максимуму інтерференції спінових хвиль в системі “сферична поверхня – плоска поверхня” від параметрів феромагнітного середовища, частоти спінових хвиль, зовнішнього магнітного поля та кута падіння Практичне значення одержаних результатів Отримані результати дослідження можуть бути використані в багатьох сферах. Зокрема, Магнітні та спінтронні пристрої, Магнітні сенсори та детектори, Комунікації та обробка інформації, Матеріалознавство та інженерія, Оптика і фотоніка, Академічні та промислові дослідження, Розвиток технологій для квантової обробки інформації
Відкритий доступ
Формування керованих заборонених зон в тривимірних акустичних метаматеріалах створених із використанням магнітореактивних еластомерів
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Колупаєв, Владислав Олегович; Горшков, В’ячеслав Миколайович
Актуальність У зв'язку з широкими можливостями застосування акустичних метаматеріалів для керування акустичними хвилями, зокрема, для гасіння небажаних коливань, акустичного суперлінзування та створення хвилеводів, це дослідження механізмів формування та керування в реальному часі забороненими зонами в акустичному метаматеріалі з новою структурою на основі магнітореактивного еластомеру на сьогодні є актуальним. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами кафедри Магістерське дослідження виконано в межах тематики наукової групи ФМФ-07 «Динаміка та фізичні властивості багаточастинкових систем» кафедри загальної фізики та моделювання фізичних процесів Національного Технічного Університету України «КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ імені ІГОРЯ СІКОРСЬКОГО». Об’єкт дослідження Параметрична пружинo-масова модель тривимірного акустичного метаматеріалу з елементарними комірками-мультирезонаторами із оболонками на основі магнітореологічного еластомеру Предмет дослідження Структура дисперсійних поверхонь, принципи формування контрольованих заборонених зон в параметричній пружино-масовій моделі тривимірного акустичного метаматеріалу Мета роботи Виявлення закономірностей в формуванні заборонених зон і керування ними в акустичному метаматеріалі в режимі реального часу в залежності від параметрів середовища і форми елементарної комірки тривимірного акустичного метаматеріалу Методи дослідження Пружино-масова модель, якісний аналіз явищ. Чисельну параметричну модель було створено на мові програмування Fortran. Візуалізацію результатів дослідження здійснено за допомогою програм OriginPro та VMD. Відомості про обсяг роботи, кількість ілюстрацій, таблиць, додатків і літературних найменувань за переліком використаних використаної літератури – 52, обсяг роботи – 76 ст., кількість ілюстрацій - 15Мета індивідуального завдання, використані методи та отримані результати Розробити параметричну модель тривимірного акустичного метаматеріалу. Виявити закономірності в формуванні і зміні заборонених зон в акустчному метаматеріалі в залежності від параметрів системи. Використано чисельну параметричну пружино-масову модель написану на Отримано графіки дисперсійних поверхонь за різних параметрів дослідженої моделі, та зображення зміщень частинок елементарної комірки для обраних мод коливань. Висновок Отримана для тривимірного метаматеріалу модель підтверджує теоретичні очікування, було виявлено закономірності у формуванні і зміні заборонених зон. Використання магнітореактивного еластомеру в якості середовища в яке занурені еластичні ядра дає змогу ефективно керувати відкриттям/закриттям заборонених зон в акустичному метаматеріалі і навіть повністю закривати заборонені зони що дозволяє отримати неперервний частотний спектр. Процес формування забороненої зони за поведінкою дисперсійних поверхонь можна поділити на певні стадії, а саме: динамічну, квазістатичну та надкритичну. В анізотропній формі метаматеріалу спостегається формування заборонених зон, напрямлених вздовж осі анізотропії.
Відкритий доступ
Комп'ютерне моделювання процесів теплообміну в сучасних теплообмінних системах
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Кінзерський, Антон; Котовський, Віталій Йосипович
Актуальність теми Актуальність досліджень, проведених у даній роботі, полягає в їх важливості для сучасного світу, де проблеми енергетичної ефективності, екологічної стійкості та безпеки мають вирішальне значення. Вивчення процесів горіння та його моделювання у програмних пакетах таких як COMSOL Multiphysics та ANSYS Fluent сприяють покращенню розуміння і оптимізації теплових процесів, що відіграють критичну роль у промисловості, енергетиці, будівництві та багатьох інших галузях. Ці дослідження вирішують питання ефективності та безпеки теплових процесів, сприяючи зниженню викидів, оптимізації енергетичних витрат та підвищенню стабільності роботи технологічних установок. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами Науково-дослідна робота «Фізико-топологічне моделювання процесів у вакуумних приладах з індукційним керуванням» - д/р № 0118u003782 2018 -2023 р. Науково-дослідна робота «Моделювання фізичних процесів в імпульсній магнетронній розпилювальній системі» - д/р № 0118u0033783 2018 -2023 р. Об’єкт дослідження процеси, що протікають під час спалювання пелетів з деревини твердих сортів в комп’ютерній моделі топкової камери автоматичного котла на твердому паливі VIADRUS A0C. Предмет дослідження автоматичний котел на твердому паливі VIADRUS A0C потужністю 20 кВт, в якості палива в якому використовувались дерев’янисті пелети, що подавались в факельний пальник розроблений компанією PellasX з витратою 2 кг/с при швидкості нагнітаємого феном повітря 7,5 м/с з температурою 300 °С. Мета роботи Основною метою даного дослідження є підготовка комп’ютерної моделі водогрійного котла VIADRUS A0C (Польща), що буде використана для подальшої розробки, вдосконалення та впровадження пальників для спалювання пелет сільськогосподарського походження, а також визначення основних закономірностей процесу їх горіння й дослідження впливу режимних параметрів на розподіл температур в топковій камері, а також дослідження характеристик біоенергетичних трав’янистих та деревних культур як біопаливної сировини. Методи дослідження методи математичної фізики, фізико-математичного моделювання і чисельного розрахунку за допомогою академічної ліцензії програмного комплексу ANSYS Student Задачі дослідження 1. Провести оглядовий аналіз літературних джерел щодо сучасної теорії горіння. Ознайомитись з теоретичними аспектами явища горіння, як фізико-хімічного процесу, визначити його класифікацію. 2. Провести аналіз сучасних мультифізичних платформ для моделювання фізичних та хімічних процесів.3. Обґрунтувати вибір пакету прикладних програм ANSYS-Fluent та провести в ньому моделювання процесів спалювання пелет в топковій камері визначеного котла 4. Обґрунтувати точність оцінки аеродинамічної структури потоку в пальниках і топці котла, при точно заданих теплофізичних властивостях спалюємого палива та провести верифікацію моделювання. Наукова новизна одержаних результатів При моделюванні процесів горіння твердих палив як правило розглядають процеси камерного спалювання для потужних енергетичних котлів, а стосовно невеликих опалювальних пристроїв, зокрема які працюють на пелетах, даних в літературі недостатньо. В даній роботі комплексно досліджено теплогідравлічні характеристики побутового водогрійного котла під час спалювання паливних пелет. Дослідження включає в себе аналіз впливу різних параметрів на тепловиділення та ефективність передачі тепла, регулювання температури, а також вивчення впливу на тиск і обігрів теплоносія. Проведене моделювання роботи водогрійного котла показало можливість його роботи на різних типах паливних пелетів з визначенням параметрів роботи котла і розподілом температур в топці та елементах газового тракту. Практичне значення одержаних результатів Результати роботи частково використані в ініціативних науково-дослідних темах кафедри. В подальшому результати дослідження можуть бути використані для підвищення ефективності процесу горіння при спалюванні біопалива та модернізації паливоспалюючих систем котлів малої потужності комунальної та промислової теплоенергетики, соціальнобюджетної сфери, індивідуально-побутового сектора тощо.
Відкритий доступ
Вивчення властивостей тонких сильнолегованих плівок оксиду цинку для сонячних комірок
(2024) Світайло, Олексій Сергійович; Назаров, Олексій Миколайович
Актуальність: Оксид цинку становить значний інтерес дослідників у зв'язку з можливістю прикладного використання. Цей матеріал має високу радіаційну, хімічну і термічну стійкість і в перспективі може широко використовуватися при створенні елементів прозорої електроніки. Завдяки поєднанню унікальних оптичних, електричних і п'єзоелектричних властивостей, ZnO може застосовуватися в газових сенсорах, пристроях генерації поверхневих акустичних хвиль, фотонних кристалах, фотодіодах. Крім того, оксид цинку є перспективним катодолюмінофором. У зв'язку з широкою забороненою зоною напівпровідники ZnО (Eg = 3,37 еВ) можна використовувати в якості детекторного матеріалу для реєстрації ультрафіолетового випромінювання. На основі цих матеріалів можливо також створення ефективних світловипромінюючих (LEDs) і лазерних діодів. Плівки ZnO також привертають увагу дослідників як антивідбиваючі, захисні і струмознімаючі шари («оптичні вікна») сонячних елементів великої площі. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами кафедри: Роботи проводяться в безпосередньому зв’язку з планом наукових досліджень кафедри загальної фізики та моделювання фізичних процесів НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського», а саме за темою – «Фундаментальні наукові дослідження з найбільш важливих проблем розвитку науково-технічного, соціально-економічного, людського потенціалу для забезпечення конкурентоспроможності України у світі та сталого розвитку суспільства і держави». Об’єкт дослідження: електрофізичні властивості плівок оксиду цинку в залежності від умов осадження. Предмет дослідження: тонкі плівки оксиду цинку сильнолеговані воднем ZnO:H, які були отримані методом високочастотного реактивного осадження в атмосферах аргону і водню та аргону і метану. Мета роботи: Отримання загальних закономірностей формування фізичних властивостей і структури покриттів з ZnO, отриманих методом магнетронного розпиленням, в залежності від умов і параметрів осадження для формування ефективних кремнієвих сонячних елементів. Методи дослідження: скануючої електронної мікроскопії, рентгенографії, чотирьохзондовий метод, метод Ван дер Пау, метод Холла, метод довгої лінії, метод мас-спектроскопії, метод аналізу вольт-амперних характеристик і вольт-ємностних характеристик гетероструктур, метод порівняльного аналізу. Відомості про обсяг звіту, кількість ілюстрацій, таблиць, додатків і літературних найменувань за переліком використаних: 103 сторінки, 34 рисунки, 6 таблиць, 53 посилання. Мета індивідуального завдання, використані методи та отримані результати: метою індивідуального завдання є дослідження структурних та електрофізичних характеристик тонких плівок оксиду цинку, отриманих методом реактивного магнетронного осадження в атмосферах аргону і водню та аргону і метану, в залежності від умов їх осадження та аналіз використання гетероструктур на їх основі у якості сонячної комірки. На основі розрахунків за методами Ван дер Пау та Холла було продемонстровано, що отримані плівки мають високий ступінь легування до 〖~10〗^21 см-3 та доволі низьку рухливість електронів 0,1÷7 см2В-1с-1. До того ж зразки осадженні в атмосфері аргону і метану мають на порядок більшу електричну провідність, а також концентрацію легування, ніж осаджені в аргоні з воднем, та ~1,5 рази вищу рухливість при відповідних концентраціях реактивного газу. Новизна: вперше показано, що осадження ZnO методом ВЧ магнетронного розпорошення порошкової мішені в атмосфері із додаванням метану призводить до формування сильно легованого матеріалу n-типу із більшої концентрації легуючої домішки, ніж в атмосфері із додаванням водню за тих самих умов, також вперше отримані результати, що свідчать про неможливість отримання ефективного анізотипного p-n гетеропереходу переходу для тонких плівок ZnO:H на підкладці з p-типу легованого кремнію та формування ізотипного n-n^+ переходу із збідненою приповерхневою областю кремнію, що дозволяє формувати кремнієві сонячні комірки невисокої ефективності. Висновок: отримані результати дослідження тонких плівок ZnO:H показують високу оптичну прозорість, структурну однорідність та незначну кількість наявних дефектів разом із високим ступенем легування та концентрацією електронів та низьким питомим опором, особливо для плівок осаджених в атмосфері метану з аргоном, які в цілому показують більш високі характеристики. Це дає змогу припускати, що досліджувані плівки ZnO:H є перспективним матеріалом для фотоелектроніки. Проте результати досліджень гетероструктур ZnO:H/Si свідчать про наявність проміжного шару ймовірно SiOХ, який містить негативний заряд, що через свою електричну активність значно погіршує показники гетеропереходів на p-типі кремнію. З цього випливає неможливість використання даних гетероструктур саме в якості сонячного елементу, але показники саме тонких плівок ZnO:H свідчать про потенційну можливість їх використання у сонячній енергетиці, як один з компонентів у багатошарових сонячних комірках, наприклад, на основі халькопіритів, або при осаджені через буферний шар на кремнієву підкладку, щоб запобігти утворення зарядженої області на межі їх поділу.
Відкритий доступ
Застосування фрактального аналізу як одного із методів дослідження металевих конструкцій
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022-12) Короленко, Данило Юрійович; Штофель, Ольга Олександрівна
Актуальність теми:Не проводячи високовартісних спеціальних випробувань, а лише використовуючи фрактальний підхід, виникає реальна можливість визначити і спрогнозувати експлуатаційні характеристики матеріалів, зокрема в діючих конструкціях. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами:Розробка числової моделі впливу параметрів неметалевих включень на фрактальні показники структури (Розділ 3.1. Розробка компютеризованих програм з фрактальної параметризації структури металу зварних швів.) відділу №10 ІЕЗ ім. Є. О. Патона НАНУ. Об’єкт дослідження:Шліф із металу зварного з’єднання. Предмет дослідження:Виявлення взаємозв’язку механічних характеристик із структурними особливостями, зокрема з фрактальною розмірністю D. Мета роботи:Метою науково-дослідної роботи є виявлення взаємозв’язків фрактальних розмірностей структурних параметрів D і фізико-механічних характеристик (ударної в’язкості, границь плинності та міцності) матеріалу із сталі 09Г2. Методи дослідження:Короткочасні випробування циліндричних і плоских зразків на одновісний розтяг були виконані при кімнатній температурі на установці Instron 8802 згідно ГОСТ 1497-84. Швидкість переміщення рухомого захвату машини 10,0 мм/хв. Задачі дослідження. 1. Здійснити теоретичний аналіз можливості використання фрактольного методу для дослідження металевих конструкцій. 2. Виявити взаємозв’язки фрактальних розмірностей структурних параметрів D і фізико-механічних характеристик (ударної в’язкості, границь плинності та міцності) матеріалу із сталі 09Г2. 3.Дослідити зв'язок структурних параметрів із механічними характеристиками зразків із сталі 09Г2.8 4.Здійснити теоретичний аналіз підходів (досліджень) до вивчення структурних складових металу та охарактеризувати роль границь зерен та неметалічних включень, які впливають на механічні характеристики матеріалу. Наукова новизна одержаних результатів:Вперше встановлено кореляційні залежності, які пов’язують фізико-механічні характеристики сталі 09Г2із фрактальними розміностями. Показано, що існує залежність фрактальної розмірності із ударною в’язкістю, середнім розміром зерна та межами міцності та текучості. Вперше для сталі09Г2встановлено кореляційні залежності середньої фрактальної розмірності меж зерен з ударною в’язкістю KCV при -40°С до 20°С, а також границями плинності 0,2 і міцності В. Практичне значення одержаних результатів:Отримані в роботі результати і встановлені зв’язки мають практичний інтерес для експрес прогнозування причин руйнування об’єктів із сталі.
Відкритий доступ
Розмірні ефекти на поверхні одно- та двовимірних нанооб'єктів
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022-12) Березников, Олексій Віталійович; Горшков, В’ячеслав Миколайович
Актуальність теми Отримані результати можуть бути корисними в гнучкій електроніці, де широко використовуються впорядковані ланцюги наночастинок Au та Ag, а також радіально модульовані квазіодновимірні структури. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами ФМФ-07 Динаміка та властивості багаточастинкових систем. Об’єкт дослідження Фізичні механізми суттєвого впливу зовнішнього опромінення на динаміку морфології квазіодновимірних наносистем внаслідок інтенсифікації поверхневої дифузії атомів. Предмет дослідження Чисельне моделювання трансформації поверхонь металевих нанодротів внаслідок поверхневої дифузії атомів при підвищених температурах в режимах предплавлення без руйнування внутрішньої кристалічної структури. Мета роботи Знайти можливості контрольованого синтезу періодично модульованих за перерізом квазіодновимірних наноструктур. Методи дослідження Числовий експеримент на основі Монте-Карло моделі. Задачі дослідження. 1. Встановити чутливість різних граней металів з гранецентрованою кристалічною ґраткою до штучної стимуляції поверхневої дифузії. 2. Порівняти отримані результати з випадком, коли поверхнева дифузія посилюється простим підвищенням температури. 3. Виконати моделювання термічного розпаду нанодротів з різною орієнтацією внутрішньої кристалічної структури відносно їх осей і різним рівнем анізотропії густини поверхневої енергії. 4. Розкрити мікроскопічні фізичні фактори, які відповідають за різку зміну в динаміці нанодротів в залежності від рівня інтенсифікації поверхневої дифузії. 5. Провести термодинамічний аналіз явищ, що спостерігаються, та виконати кількісні оцінки їх показових параметрів на основі статистичної динаміки. 6. Розробити рекомендації для методів керованого синтезу квазіодновимірних наносистем з розвиненою морфологією типу «зелена гусениця». Наукова новизна одержаних результатів Розробити рекомендації для методів керованого синтезу квазі-одновимірних наносистем з розвиненою морфологією типу «зелена гусениця»Практичне значення одержаних результатів Збудженні модуляції поверхні товстих нанодротів можна використати як зародки для синтезу впорядкованих ланцюжків вторинних наноголок в дифузійному режимі осадження вільних атомів Апробація результатів дисертації Зроблені доповіді на конференціях: 1. XX Всеукраїнській науково-практичній конференції «Теоретичні і прикладні проблеми фізики, математики та інформатики». 2. Х Міжнародній науково-практичній конференції «Нанотехнології та наноматеріали» (НАНО-2022).

Переглянути

Нові надходження