Магістерські роботи (КЗФМФП)

Постійне посилання зібрання

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

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 20 з 51

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).
Відкритий доступ
Електронні та кінетичні властивості домішки Mn у кристалах Cd1-хMnхTe
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022-12) Рясна, Марія Костянтинівна; Савченко, Дарія Вікторівна
Актуальність теми: Інтенсивні дослідження розведених магнітних напівпровідників зумовлені успішним легуванням немагнітних напівпровідників магнітними атомами. Іони Mn2+ у CdTe володіють локалізованими магнітними моментами і водночас діють як джерело дірок валентної зони, що зумовлюють обмінну взаємодію між ними. Електричний контроль спінових властивостей у сполуках Cd1-хMnхTe можна використовувати як для маніпуляції, так і для виявлення магнітних сигналів. Таким чином це робить кристали Cd1-хMnхTe, перспективними кандидатами для майбутніх спінтронних застосувань, тому вивчення електронної структури домішки Mn у цих сполуках є актуальною задачею сучасного матеріалознавства. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами: тематика наукової групи ФМФ-02 Об’єкт дослідження: парамагнітна домішка марганцю у кристалах Cd1-xMnxTe, отриманих методом Бріджмена Предмет дослідження: електронна структура домішки марганцю у кристалах Cd1-xMnxTe Мета роботи: встановлення електронної структури домішки марганцю у кристалах Cd1-xMnxTe, отриманих методом Бріджмена Методи дослідження: електронний парамагнітний резонанс (ЕПР) Задачі дослідження: 1) Порівняти електронні властивості кристалів Cd1-xMnxTe з різною концентрацією Mn методами стаціонарного (CW) та імпульсного ЕПР. 2) Дослідити та провести аналіз температурної та кутової залежності спектрів ЕПР від парамагнітної домішки Mn2+ у кристалах Cd1-хMnхTe, вирощених вертикальним методом Бріджмена із концентрацією домішки Mn2+ 0,01, 0,02- 0,04 та 0,001.7 3) Провести моделювання кутової залежності спектрів ЕПР від парамагнітної домішки марганцю у кристалах Cd1-хMnхTe з x < 0,001. 4) На підставі проведених досліджень надати загальні рекомендації для використання кристалів Cd1-xMnxTe у науковій та практичній діяльності. Наукова новизна одержаних результатів: Встановлено параметри спінового Гамільтоніана для домішки Mn2+ у кристалах Cd1-xMnxTe з x < 0,001. Встановлено механізми спін-спінової та спін-граткової релаксації для домішки Mn2+ у кристалах Cd1-xMnxTe з x < 0,001. Виявлено, що зі збільшенням концентрації домішки Mn у кристалах Cd1-xMnxTe з'являються кластери Mn різного розміру. Практичне значення одержаних результатів: Отримані дані необхідні для подальшого теоретичного аналізу електронної структури домішки Mn у даних кристалах, що важливо для їх подальшого практичного застосування в детекторах іонізуючого випромінювання. Апробація результатів дисертації: Результати роботи були опубліковані в фаховому журналі категорії “A” та представлені на Всеукраїнській конференції.
Відкритий доступ
Спектральні характеристики спінових хвиль в феромагнітних наноструктурах з поверхневим спін-поляризованим струмом в зовнішньому магнітному полі
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022-12) Решетняк, Ганна Сергіївна; Горобець, Оксана Юріївна
Актуальність На сьогоднішній день спінтроніка та магноніка є надзвичайно актуальними напрямками досліджень, розроблені і впроваджуються пристрої спінової логіки, магніторезистивна пам'ять на основі ефекту гігантського магнітоопору, успішно здійснюється перемагнічування нанорозмірних феромагнетиків при пропусканні спін-поляризованого струму тощо. Проте існують окремі відкриті теоретичні проблеми в цій галузі досліджень, вирішення яких сприятиме розробці більш досконалих систем зберігання, обробки і передачі на відстані інформації з використанням спінових хвиль та спінових струмів. До таких задач відноситься, зокрема, виведення граничних умов для вектора намагніченості феромагнетика при протіканні поверхневого спінового струму, аналіз дисперсійного співвідношення для наведеної моделі, а також дослідження нанострижнів варіативного поперечного перерізу, таких, як, наприклад, нанострижень серповидного перерізу. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами кафедри Магістерське дослідження виконано в межах науково-дослідної теми: «Спектральні характеристики спінових хвиль в феромагнітних наноструктурах з поверхневим спін-поляризованим струмом в зовнішньому магнітному полі» кафедри загальної фізики та моделювання фізичних процесів Національного Технічного Університету України «КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ імені ІГОРЯ СІКОРСЬКОГО». Об’єкт дослідження Дослідження граничних умов для рівняння Ландау-Ліфшиця; дослідження дисперсійного співвідношення для напівінфінітної системи феромагнітного фільтру спінових хвиль; дослідження феромагнітних властивостей феромагнітного нанострижня нескінченої довжини з серповидним перерізом. Предмет дослідження Дослідження закономірностей зміни намагніченості на інтерфейсі феромагнетик-вакуум за умови протікання поверхневого спінового струму; дослідженнязакономірностей залежності феромагнітного нанострижня серповидного перерізу від динаміки обертання зовнішнього магнітного поля. Мета роботи Виведення граничних умов для вектора намагніченості на поверхні феромагнетика з поверхневим спін-поляризованим струмом; візуалізація залежності частоти спінової хвилі у напівінфінітній моделі спінового фільтру в залежності від величини зовнішнього магнітного поля і кута падіння хвилі; візуалізація феромагнітної реакції у системі нескінченного нанострижня серповидного перерізу на динаміку обертання магнітного поля. Методи дослідження математичні методи теоретичної фізики, методи фізичного і математичного моделювання фізичних систем і процесів, дослідницький метод та метод проблемного викладу, а також чисельні симуляції за допомогою програми Comsol Multiphysics. Візуалізація результатів дослідження виконувалась за допомогою програми Visual Studio, мовою програмування Python. Відомості про обсяг робрти, кількість ілюстрацій, таблиць, додатків і літературних найменувань за переліком використаних використаної літератури - 84 , сторінок: - 80 , рисунків - 24, таблиць – 1. Мета індивідуального завдання, використані методи та отримані результати Розрахунок граничних умов для вектора намагніченості на поверхні феромагнетика з поверхневим спінполяризованим струмом, викладення наочних прикладів ілюстрування динаміки намагніченості; дослідження статичних та динамічних магнітних властивостей у різних феромагнітних структурах. Висновок 1) Було проведено аналіз літературних джерел в галузі магноніки; 2) Було досліджено граничні умови для рівняння Ландау-Ліфшиця; 3) Було досліджено залежність частоти спінової хвилі, що падає на спін-хвильовий фільтр, від кута її падіння на поверхню і величини зовнішнього магнітного поля; 4) Було досліджено феромагнітні властивості моно- і бі-шарового нанострижня із серповидним перерізом, такі як функції залежності власної частоти структури від динаміки обертання зовнішнього магнітного поля; 5) Було досліджено залежність властивостей феромагнітного нанострижня від зміни форми при топологічному переході від еліпсоїдного поперечного перерізу до серповидного.
Відкритий доступ
Комп’ютерне моделювання фізичних процесів у тліючому розряді з розвиненими поверхнями електродів
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022-12) Щирба, Анастасія Володимирівна; Майкут, Сергій Олексійович
Актуальність Використання плазмових технологій на основі низькотемпературної плазми тліючого розряду має низку переваг перед традиційними методами хімічної обробки: можливість протікання процесу при малих температурах, відносно висока швидкість протікання за рахунок швидкого нагрівання до необхідної температури, можливість використання даного методу для обробки деталей складної форми. Серед останніх наукових досліджень є вивчення тліючого розряду для плоских поверхонь, для сфер, для циліндрів. Модель протікання тліючого розряду із неоднорідними поверхнями, а саме в тонких трубках, ще не було досліджено. З цієї причини дослідження є актуальним. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами кафедри Наукова тема 2415-n(стволи). Об’єкт дослідження Прилади для генерації тліючого розряду у газовому середовищі Предмет дослідження Двовимірні фізико-топологічні моделі тліючого розряду, конструктивні, технологічні та електрофізичні параметри цих моделей. Мета роботи Метою дослідження є подальший розвиток та оптимізація використання тліючого розряду у промисловості, а саме для азотування металів у тонких трубках. Методи дослідження Методи математичної фізики, фізико-топологічного моделювання і чисельного розрахунку для розробки та дослідження двовимірних фізико-топологічних моделей газорозрядних приладів для азотування тліючим розрядом. Відомості про обсяг роботи, кількість ілюстрацій, таблиць, додатків і літературних найменувань за переліком використаних. Кількість ілюстрацій: 22 Кількість таблиць: 1 Кількість літературних найменувань: 51. Мета індивідуального завдання, використані методи та отримані результати Метою індивідуального завдання є:1. Експериментально дослідити тліючий розряд для неоднорідних поверхонь. 2. Створити модель тліючого розряду для неоднорідних поверхонь у програмному середовищі COMSOL MULTIPHYSICS 3. Дослідити закон Геля для розвинених поверхонь катоду 4. На підставі проведеного дослідження запропонувати загальні рекомендації для використання результатів дослідження у науковій та/або практичній діяльності Висновок В процесі дослідження було опрацьовано експериментальні дані процесу тліючого розряду для неоднорідних поверхонь. Було досліджено та розраховано модель тліючого розряду для аргону при тисках 0,5-2 Торр. Опрацьована технологія створення тліючого розряду у вузьких трубках згідно державної теми 2415-n (стволи). Результати дослідження можуть бути використані у технології азотування металів.
Відкритий доступ
Термоіндукований антиферомагнітний обмін в магнітній багатошаровій плівці
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021) Козлов, Олексій Анатолійович; Решетняк, Сергій Олександрович
Актуальність теми: можливість переходу між феромагнітним та антиферомагнітним станом в магнітних багатошарових плівках за рахунок невеликої зміни температури може призвести до появи нових типів спінових-термоелектроних приладів (наприклад нових видів пам’яті). Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами кафедри НДР № 2110-ф «Взаємодія спінових хвиль та спін-поляризованого струму з магнітними неоднорідностями в наноструктурованих феромагнітних матеріалах» Об’єкт дослідження магнітні багатошарові плівки, що мають наступну структуру Fe(2)/Cr(0.4)/Fe15Cr85(0.7)/Cr(0.4)/Fe(2) та Fe(2)/Cr(0.4)/Fe10Cr90(0.7)/Cr(0.4)/Fe(2) Предмет дослідження: різкий термоіндукований перехід від феромагнетика в антиферомагнетик. Мета роботи: отримання залежностей електричного опору та магнітного моменту зразка від температури в області переходу від феромагнітного стану в антиферомагнітний Методи дослідження метод ван дер Пау. Відомості про обсяг звіту, кількість ілюстрацій, таблиць, додатків і літературних найменувань за переліком використаних використаної літератури – 134, сторінок: – 118, рисунків – 37, таблиць – 1. Мета індивідуального завдання, використані методи та отримані результати Було створено установку на основі елментів Пельтьє, яка дозволяє контролювати нагрів зразка та знімати залежность електричного опору від температури плоских зразків. Проведені тестові виміри залежностей, електричного опору і магнітної проникності від температури в монокристалі Ni50.9Mn29.43Ga19.67 в області мартенситного фазового переходу. Потім в установці замінили контакти на притискні, щоб не пошкоджувати поверхню плівки. Але такі контакти дають більше шумів. Висновок: створену установку можна буде модифікувати для досліджень багатошарових магнітних плівок.
Відкритий доступ
Вплив легування германієм на властивості парамагнітних центрів у тонких аламазоподібних плівках
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021-12) Акіменко, Владислав В’ячеславович; Савченко, Дарія Вікторівна
Актуальність: DLC являє собою матеріал, у якого залежно від співвідношення sp3-, sp2-зв'язків і легування різними елементами в широкому діапазоні змінюється структура і властивості, тому вивчення впливу легування на електронні властивості вуглецю у sp3-, та sp2-, станах є актуальною задачею з точки зору подальшого їх застосування в імплантатах. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами кафедри: Робота пов'язана з діяльністю наукової групи КЗФ та ФТТ ФМФ-05 “Оптичні, електричні та магнітні властивості функціональних наноматеріалів, перспективних для оптоелектроніки та сенсорної техніки” Об’єкт дослідження: алмазоподібні вуглецеві плівки товщиною 200 нм напилені на SI02 підкладинку та леговані домішкою германія (DLC:Ge) із різною концентрацією: 0 ат.%, 1 ат.% та 2.5 ат. % Предмет дослідження: модифікація електронних та магнітних властивостей тонких плівок DLC:Ge в залежності від концентрації Ge. Мета роботи: з’ясування впливу концентрації германію на властивості парамагнітних центрів у тонких плівках DLC:Ge. Методи дослідження: електронний парамагнітний резонанс.93 Відомості про обсяг роботи, кількість ілюстрацій, таблиць, додатків і літературних найменувань за переліком використаних: В роботі наведено: використаної літератури – 91, сторінок – 91, рисунків – 31, таблиць – 1. Мета індивідуального завдання, використані методи та отримані результати: Методом електронного парамагнітного резонансу (ЕПР) дослідити електронні властивості парамагнітних центрів у зразках алмазоподібних тонких плівок легованих германієм. Змоделювати компоненти спектрів ЕПР в програмному модулі Easyspin, отримати температурні залежності ширини лінії, резонансного магнітного поля та інтегральної інтенсивності спектрів ЕПР. Побудувати та проаналізувати температурної залежності інтегральної інтенсивності, резонасного магнітного поля та ширини лінії спектрів ЕПР в програмному середовищі OriginPro. Встановлено, що збільшення концентрації Ge призводить до зменшення спінової концентрації парамагнітних центрів та розширення лінії ЕПР у тонких плівках DLC:Ge, що було пояснено збільшенням концентрації деформованих sp2 кластерів, що корелює з попередньо отриманими даними оптичної спектроскопії. З аналізу температурної залежності параметрів ЕПР встановлено, що спектр ЕПР являє собою одиночну лінію, яка виникає через обмінну взаємодію між локалізованими та делокалізованими електронами у спіновій системі DLC:Ge плівок. З аналізу температурної залежності інтегральної інтенсивності одиночної лінії ЕПР у DLC:Ge плівках встановлено, що обмінна взаємодія між локалізованими та делокалізованими електронами має антиферомагнітний характер. З аналізу температурної залежності резонансного магнітного поля одиночної лінії ЕПР у DLC:Ge плівках встановлено, що роль локалізованих електронів відіграють незв’язані π-електрони, а у ролі нелокалізованих електронів виступають кластеризовані π-зв’язані вуглецевомісткі центри. Висновок: Робота напрямлена на вирішення актуальної наукової проблеми: встановлення впливу легування германієм (Ge) на властивості парамагнітних94 центрів у тонких алмазоподібних плівках (DLC), напилених методом подвійного імпульсного лазерного осадження на SiO2 підкладинки. Розкрито основні властивості алмазоподібних вуглецевих плівок, методики їх напилення та попередні дослідження цих плівок методом електронного парамагнітного резонансу (ЕПР). Також приведено фізичні та експериментальні основи методу ЕПР, застосованого для дослідження властивостей тонких плівок DLC та DLC:Ge. Наведено опис спектрометра ЕПР та методику напилення досліджуваних зразків.
Відкритий доступ
Дослідження оптичних ефектів в дисперсному ZnS отриманому методом СВС
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021) Власова, Єлизавета Юріївна; Печерська, Катерина Юріївна
Актуальність Надшвидкий розвиток сучасної мікроелектроніки, потребує постійного створення, нових матеріалів та композитних структур, для її вдосконалення. До того ж дуже важливо, щоб отримання таких матеріалів було занадто дорогим, щоб була можливість їх широкого застосування. Одним з найдоступніших методів отримання таких матеріалів є СВС -новий клас процесів гетерогенного горіння, який протікає без участі кисню. Як горюче в цих процесах на початку його розробки були метали Ті, Zr, Hf, Та, а як окислювачі - не метали В, С, Si. Базується цей метод на основі поширення хвилі безкисневого горіння і за його допомогою можна отримати тугоплавкі, термостійкі та надтверді матеріали з порошків їх компонент. Основним призначенням процесу СВС є синтез речовин та матеріалів, зокрема сульфату цинку, що легований наночастинками металів (Mn, Cu), причому вже є можливість створювати ZnS:Mn, де Mn має магнітні властивості, що суттєво впливає і на інтенсивність пов’язаних з Mn смуг у спектрах фотолюмінесценції та у спектрах збудження. До, того ж такий матеріал при додатковому температурному відпалі повністю розчиняє у собі металічні кластери, що покращує його люмінесценцію, а значить збільшує можливості його практичного використання. В даній роботі були досліджені оптоелектронні властивості ZnS, отриманого методом СВС, да додатково легований Mn та Cu, а також зміни цих властивостей та структурних особливостей внаслідок термічної (близько8000с) обробки. Окрім того ж проведено аналіз і приведені пояснення, щодо того, що могло ці зміни спричинити. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами кафедри робота відповідає дослідницькому напрямку роботи кафедри ЗФ та ФТТ, а також співпраці з інститутом фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова Об’єкт дослідження порошки ZnS, отримані методом саморозповзюджуючогося високотемпературного ситезу Предмет дослідження оптичні і структурні особливості ZnS, при додатковому введеню в них домішок марганю та міді. Мета роботи визначення впливу легуючих домішок на оптоелектронні та структурні властивости ZnS отриманого методом високотемпературного саморосповсюджуючогося(самопоширюючогося) синтезу. Методи дослідження: Для характеризації оптичної якості та визначення оптичних властивостей використано методи дослідження спектрів фотолюмінісценції, поглинання, комбінаційного розсіювання, просторової індикатриси розсіювання, дослідження за допомогою ЕМ та ЕПР. Для визначення фотоіндукованих змін оптичного поглинання та показника заломлення використовувалась методика самовпливу лазерного випромінювання при неперервному (375/532/633/1310 нм) та імпульсному (355/532/1064 нм) нано- та пікосекундному лазерному збудженні на різних довжинах хвиль. Відомості про обсяг звіту, кількість ілюстрацій, таблиць, додатків і літературних найменувань за переліком використаних: 91 сторінок МД, 26 ілюстрацій, 87 літературних найменувань. Мета індивідуального завдання, використані методи та отримані результати: дослідити та проаналізувати літературу стосовно загальних властивостей люмінофору сульфіду цинку, а також розібратися в протіканні методу саморозповсюджуючогося високотемпературного синтезу для створення зразків ZnS отримати спектри люмінесценції, спектри ЕПР цихзразків, отриманих при певних умовах, таких як високий тиск, та додавання домішок. Провести відпал зразків (близько 8000С) і дослідити вплив цього відпалу на структурні і люмінесцентні характеристики зразків. Висновок: В результаті досліджень вдалося встановити зв’язок початкових умов СВС з оптичними властивостями отриманих зразків та продемонструвати результат введення в склад порошків ZnS певних домішок, різними способами і в різній пропорції. Також були запропоновані можливі пояснення змін в спектрі ФЛ та в ЕПРі внаслідок відпалів з точки зору утворення нових дефектів, та усунення тих, що були. Окрім того у роботі було продемонстровано, що варіації швидкості нагрівання матеріалу до температури відпалу призводить до немонотонної зміни спектрального положення і ширини на напів висоті смуги фотолюмінесценції в сине-зеленої області спектру, а також концентрації парамагнітних центрів Мn2+.Результати, отримані в даній роботі, показують, що люмінофори на основі сульфіду цинку, отримані методом саморозповсюджуючогося високотемпературного синтезу мають інтенсивну ФЛ, яку можна варіювати змінючи умови синтезу і вводячи додаткові домішки, що робить такі матеріали перспективними для використання в електроніці.
Відкритий доступ
Електронні властивості парамагнітних центрів пов’язаних з марганцем в титанатах магнію
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021) Шевека, Олена Ігорівна; Савченко, Дарія Вікторівна
Актуальність теми: Останнім часом у люмінофорах червоного світіння домішку марганцю було запропоновано у якості більш дешевої альтернативи небезпечним рідкоземельним домішкам, що зазвичай використовуються у цих люмінофорах. Але, на жаль, фторидні сполуки, необхідні як сполучна речовина для марганцю, призводять до забруднення навколишнього середовища, оскільки в процесі виготовлення використовується концентрована флуоридна кислота. В свою чергу титанати магнію з центрами люмінесценції, пов’язаними з марганцем, є екологічно-чистими люмінофорами червоного світіння, що не містять рідкоземельних елементів та фтору. Тому вивчення електронної структури домішки Mn, що відповідає за люмінесцентні властивості титанатів магнію, є актуальною задачею для подальшого застосування цих матеріалів при виготовленні світлодіодних приладів, які імітують природне сонячне світло. Об’єкт дослідження: керамічні зразки MgTiO3:Mn та Mg2TiO4:Mn з концентрацією Mn 0.1%, отримані шляхом змішування порошків MgO та TiO2, додаванням водного розчину MnSO4 та подальшого відпалу за 1200С в атмосфері кисню. Предмет дослідження: електронні властивості парамагнітних центрів, пов’язаних з марганцем, у керамічних зразках титанату магнію, легованих марганцем. Мета роботи: встановлення електронної структури парамагнітних центрів, пов’язаних з марганцем, у керамічних зразках титанату магнію, легованих марганцем та аналіз отриманих даних. Методи дослідження: електронний парамагнітний резонанс. Задачі дослідження: провести аналіз літератури за темою: «Електронні властивості парамагнітних центрів, пов’язаних з марганцем, в титанатах магнію»; методом електронного парамагнітного резонансу (ЕПР) встановитиелектронні властивості парамагнітних центрів, пов’язаних з марганцем, у керамічних зразках титанату магнію, легованих марганцем. Наукова новизна одержаних результатів: Встановлено, що концентрація парамагнітних центрів, пов’язаних з марганцем, вища у MgTiO3, ніж у Mg2TiO4. Встановлено, що парамагнітний центр Mn2+ (S = 5/2), має короткі часи спінової релаксації, та уточнено параметри його спінового Гамільтоніана у керамічних зразках MgTiO3. Виявлено температурну залежність параметра розщеплення в нульовому полі D для іонів Mn2+ у MgTiO3, яку було пояснено коливаннями гратки, застосовуючи модель Дебая. Виявлено парамагнітний центр, пов’язаний з марганцем, який може бути віднесений як до заборонених переходів від Mn2+, так і до іонів Mn4+ (S = 3/2) у MgTiO3. Практичне значення одержаних результатів: Отримані результати мають важливе значення для розуміння природи світловипромінюючих центрів у титанатах магнію та їх подальшого застосування при створенні світлодіодів. Отримані параметри спінового Гамільтоніана для домішки марганцю мають важливе значення для подальших теоретичних розрахунків, зокрема визначення просторового розподілу електронної хвильової функції марганцю у MgTiO3.

Переглянути

Нові надходження