• ЭИОС

Отчет за 2014 год

Результаты  научной деятельности Физико-технического института за 2014 год  

Тематический план научно-исследовательских работ:


Рег. №

Программа (отрасль, министерство), наименование темы (проекта)

Научный руководитель

Объем НИР (тыс. руб.)

РФ

РС (Я)

План

Факт

Остаток

План

Факт

Остаток

12-01-00507-а

РФФИ. 
Математическое моделирование влияния приливных деформаций на вращение внутреннего твердого ядра Земли

Григорьев Ю.М.

350000

350000

0

0

12-05-98528-р_восток_а

РФФИ-Восток. 
Теоретические и экспериментальные исследования развития грозовой и геомагнитной активности и их влияния на функционирование магистральных объектов

Ромащенко Ю.А.

325000

325000

0

325000

325000

0

нет

Грант Президента РС(Я). 
Использование нового алгоритма быстрого преобразования фурье (sFFT) для голографического способа исследования структур тонки пленок металла

Федоров А.Г.

0

300000

300000

0


Основные результаты научно-исследовательских работ:

1.        Автор(ы): Григорьев Ю.М. Николаев Д.Н., Ф-11
Наименование результата: Линейная и нелинейная математические модели переноса масс в жидком ядре Земли, вызванного приливным деформированием 
Коды ГРНТИ: 30.51.37 
Результат научных исследований и разработок: Теория 
Описание, характеристики: Разработана двумерная нелинейная математическая модель переноса масс в жидком ядре Земли, вызванного приливным деформированием Земли, с учетом наличия твердого внутреннего ядра. Для описания движения масс жидкого ядра использована система уравнений Навье-Стокса. Проведена предварительная вычислительная реализация модели в программной среде COMSOL Multiphysics. Доработана трехмерная линейная математическая модель переноса масс в жидком ядре Земли, вызванного приливным деформированием Земли, с учетом наличия твердого внутреннего ядра. Для решения краевых задач для системы Стокса внутри шарового слоя доработан метод собственных векторных функций. Разработан алгоритм и проведена вычислительная реализация модели с учетом лунных приливов. Обе модели описывают дифференциальное вращение внутреннего ядра Земли с восточным дрейфом. Предварительные результаты показывают, что величина угловой скорости дифференциального вращения внутреннего ядра для трехмерной модели меньше, чем для двумерной модели. 
Преимущества перед известными аналогами: Для описания движения масс внешнего жидкого ядра используются нелинейная система уравнений Навье-Стокса в двумерной модели и линеаризованная по Стоксу система в трехмерной модели. Для нелинейной двумерной модели проведена предварительная вычислительная реализация в программной среде COMSOL Multiphysics. Дл линейной трехмерной модели разработан метод малого параметра для аналитически-численной реализации, который сводит исходную задачу к задачам шарового слоя. При этом в ряд по степеням малого параметра разлагаются поле скоростей, уравнение внешней границы в сферических координатах. Для каждого приближения получаются первые краевые задачи для системы Стокса внутри шарового слоя. Краевое условие для последующего приближения выражается через компоненты скорости предыдущего приближения. Для решения задач для системы Стокса внутри шарового слоя доработан метод собственных векторных функций, аналогичный применяемому в теории упругости. 
Назначение: Науки о Земле

2.        Автор(ы): Смагулова С.А. Александров Г.Н. Капитонов А.Н. Попов В.И. Антонов С.Р. Тимофеева Т.Е. Васильева Ф.Д. Тимофеев В.Б. Винокуров П.В. Неустроев Е.П. Куркина И.И. Ефремов А.В. Соловьева Ю.С. 
Наименование результата: Разработка технологий создания графена, мультиграфена и графеновой бумаги химическими методами и исследование их свойств 
Коды ГРНТИ: 47.09.48 
Результат научных исследований и разработок: Технология 
Описание, характеристики: Разработана оригинальная технология создания тонкопленочных гибридных структур с использованием интеркаляции органического полярного растворителя N-метилпирролидона в пленки, состоящие из нескольких слоев графена и последующего отжига в интервале 90-250 градусов Цельсия. В результате получен новый наноматериал, свойства которого варьируются от металла до высокоомного полупроводника в зависимости от режима создания. Проведены эксперименты по химической функционализации графена и мультиграфена в водном растворе плавиковой кислоты, которая приводит при определенных условиях к фторирорванию графеновых пленок. Показано, что реакция фторирования в водном растворе плавиковой кислоты инициируется на границах зерен поликристаллических  пленок мультиграфена. Обнаружено, что взаимодействие мультиграфена с плавиковой кислотой существенно зависит от толщины образцов и их предварительной обработки. Предложена модель фторирования многослойной пленки, основанная на последовательном гофрировании слоев из-за разности постоянных решетки графена и фторографена. Показано, что при неполной степени фторирования в пленках  формируются квантовые точки размером 20-70 нм, разделенные барьерами из фторографена. 
Преимущества перед известными аналогами: Обнаружено, что использование структур, состоящих из нескольких слоев графена (до 30 слоев) в качестве чувствительного элемента сенсора для аммиака и двуокиси углерода позволяют получать отклик существенно более высокий, чем отклик графена. Зависимость изменения сопротивления структур при их нахождении в атмосфере аммиака от ее толщины имеет максимум при толщине слоя примерно равной длине экранирования в используемом материале (в нашем случае ~2 нм). Этот эффект является необычным, так как максимальный отклик ожидался для графена благодаря предельно возможному соотношению поверхность / объем. Однако относительно низкая концентрация носителей заряда вблизи границ доменов в поликристаллических пленках делает слои с толщиной до 6-8 нм более подходящими для использования в качестве сенсоров, чем графен. Физическая модель, объясняющая данный эффект основана на формировании р-п-переходов на границах блоков в графене при легировании его аммиаком. 
Назначение: Новые инновационные наноматериалы, полученные в лаборатории в 2014 году - суспензии и пленки графена и оксида графена, предназначены для научных экспериментальных работ в учебных и научных организациях. Новые материалы на основе функционализированного графена, полученные химическими методами, могут быть использованы для новых приложений в области нано- и оптоэлектроники, в разработке и развитии новых прикладных НИР в области материаловедения. Возможность варьировать параметрами таких материалов в соответствии с прикладными задачами обеспечивает их востребованность. Слоистые структуры на основе частично восстановленного оксида графена и композитного материала металл-графен представляют практический интерес для разработки прозрачных контактов, тонкопленочных транзисторов на гибкой подложке и других приборных структур, где необходимы слои, сочетающие высокие проводимость и прозрачность. Высокочувствительные сенсоры на основе графена и оксида графена, работающие в режиме быстрого отклика и восстановления (обычно доли секунды) востребованы в промышленном управлении технологическими процессами, в медицинской диагностике, включая мониторинг выдыхаемого человеком воздуха, когда значение влажности может изменяться динамически. Возможность использовать графеновые слои для элементов памяти перспективна, так как позволяет увеличить окно памяти и уменьшить напряжения записи и стирания информации. Результаты, полученные в лаборатории могут быть использованы также в сфере образования при разработке методических пособий и указаний к выполнению лабораторных работ, в качестве дополнительного материала к лекциям, а методики синтеза и функционализации графена- в курсовых и дипломных работах студентов. 
Область(и) применения: наноэлектроника, датчики, сенсоры