авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
-- [ Страница 1 ] --

Федеральное государственное бюджетное учреждение наук

и

Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН

Саратовский филиал Федерального государственного бюджетного

учреждения

науки Института радиотехники и электроники

им. В. А. Котельникова РАН

Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского

«НАНОЭЛЕКТРОНИКА,

НАНОФОТОНИКА

И НЕЛИНЕЙНАЯ ФИЗИКА»

Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции молодых ученых (Саратов, 3 – 5 сентября 2013 г.) Саратов Издательство Саратовского университета 2013 УДК 517.9, 531.1 ББК 22.311я43 Н25 «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика»:

Н25 тез. докл. VIII Всерос. конф. молодых ученых. – Саратов : Изд-во Сарат.

ун-та, 2013. – 304 с. : ил.

В сборнике опубликованы материалы VIII Всероссийской конференции молодых ученых «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика». Работы участников связаны с созданием метаматериалов, углеродных наноструктур, нанокомпозитных материалов, фононных и магнонных кристаллов, исследованием их свойств, изучением сложных, хаотических процессов в динамических системах, применением методов нелинейной динамики в физиологии, медицинской диагностике, информационных системах, радиофизике и электронике.

Для научных работников, преподавателей, аспирантов, студентов, специализирующихся в области радиофизики, электроники, оптики, физики магнитных явлений, акустоэлектроники.

Редакционная коллегия:

доктор физ.- мат. наук Е. П. Селезнев (отв. редактор) кандидат физ.- мат. наук А. А. Теплых (отв. секретарь) доктор физ.- мат. наук Д. А. Смирнов кандидат физ.- мат. наук Д. В. Фатеев инженер И. Г. Мангушева Конференция организована при финансовой поддержке Президиума Российской академии наук, Отделения физических наук Российской академии наук, Российского фонда фундаментальных исследований, Саратовского отделения Института инженеров электроники и радиотехники (IEEE /MTT/ED/AP/CPMT Saratov–Penza Chapter) УДК 517.9, 531. ББК 22.311я ISSN 2218–2985 © Саратовский филиал ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, 60-летию Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова Российской академии наук посвящается Почетный председатель конференции Ю.



В. Гуляев, акад. РАН, ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, Москва, Россия Председатель конференции С. А. Никитов, чл.-корр. РАН, ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, Москва, Россия Зам. председателя конференции Ю. А. Филимонов, д-р физ.-мат.наук, Саратовский филиал ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, Россия Председатель программного комитета Н. И. Синицын, д-р физ.-мат.наук, Саратовский филиал ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, Россия Программный комитет Б. П. Безручко, Саратовский филиал ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, Россия А. С. Дмитриев, ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, Москва, Россия Б. Д. Зайцев, Саратовский филиал ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, Россия А. П. Кузнецов, Саратовский филиал ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, Россия С. П. Кузнецов, Саратовский филиал ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, Россия Л. А. Мельников, Саратовский государственный технический университет им. Ю. А. Гагарина, Россия А. И. Панас, Фрязинский филиал ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, Россия В. В. Попов, Саратовский филиал ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, Россия Е. П. Селезнев, Саратовский филиал ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, Россия В. А. Сергеев, Ульяновский филиал ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, Россия Д. И. Трубецков, Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского, Россия Д. А. Усанов, Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского, Россия Н. М. Ушаков, Саратовский филиал ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, Россия Ю. П. Шараевский, Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского, Россия Р. К. Яфаров, Саратовский филиал ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, Россия ПЛЕНАРНЫЕ ЛЕКЦИИ 1. Гуляев Ю. В. (академик РАН, директор ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, г. Москва) «Физические поля биологических объектов».

2. Анциперов В. Е. (д-р физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник ИРЭ им.

В. А. Котельникова РАН, г. Москва), Никитов С. А. (чл.-корр. РАН, зам.

директора ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН) «Методы многомасштабного корреляционного анализа для обработки нестационарных сигналов и формирования их масштабно-временного представления».

3. Бахтизин Р. З. (д-р физ.-мат. наук, Уфимский государственный университет) «Сканирующая туннельная микроскопия молекул фторированных фуллеренов на поверхности кремния».

4. Бегинин Е. Н. (канд. физ.-мат. наук, доцент, СГУ им. Н. Г. Чернышевского) «Бриллюэновская спектроскопия магнитостатических волн в нерегулярных волноведущих структурах».

5. Вдовин В. Ф. (д-р физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник ИПФ РАН, г. Нижний Новгород) «Исследование и применение устройств наноэлектроники при сверхнизких темпаратурах».

6. Кузнецов С. П. (д-р физ.-мат. наук, зав. лабораторией СФ ИРЭ им.

В. А. Котельникова РАН, Саратов) «Гиперболический хаос».

7. Мельников Л. А. (д-р физ.-мат. наук, зав. кафедрой приборостроения Саратовского государственного технического университета им.

Ю. А. Гагарина) «Теория и численные модели микро– и нанолазеров».

8. Олейников А. Я. (д-р физ.-мат. наук, главный научный сотрудник ИРЭ им.

В. А. Котельникова РАН, г. Москва), Чусов И. И. (канд. физ.-мат. наук, ученый секретарь ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, г. Москва) «Электронная наука – вчера, сегодня, завтра».





9. Сергеев В. А. (д-р физ.-мат. наук, директор УФИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, г. Ульяновск) «Нелинейные теплоэлектрические модели гетеропереходных светодиодов».

10. Тюрюкина Л. В. (канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник СФИРЭ им. В. А. Котельникова РАН) «Синхронизация и квазипериодические колебания в низкоразмерных ансамблях осцилляторов».

Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции молодых ученых ДИРЕКТОРА ИРЭ Берг Аксель Иванович (1893–1979) действительный член АН СССР, Герой Социалистического Труда, директор ИРЭ АН СССР 1953–1954 гг.

Инженер-адмирал, академик Аксель Иванович Берг является одним из крупнейших ученых-радиоспециалистов. Он один из первых создал инженерные методы расчета основных радиотехнических систем, методику расчета приемно–усилительных и передающих устройств. Им разработаны теория ламповых генераторов, теория модуляции передатчиков, теория девиации корабельных радиопеленгаторов.

После окончания гимназии А. И. Берг поступил в Морской корпус.

Закончив его в 1914 г., начал службу младшим штурманом на линейном корабле «Цесаревич». С июля 1916 года до конца Первой мировой войны А. И. Берг был штурманом английской подводной лодки Е-8, входившей в состав русского Балтийского флота. При аварии подводной лодки в конце 1917 г. вследствие отравления газами А. И. Берг тяжело заболел, однако после выздоровления вернулся на подводный флот в мае 1919 г.

А. И. Берг участвовал в войне с интервентами, будучи штурманом легендарной «Пантеры», а затем командиром подводных лодок «Рысь» и «Волк». В 1922 г. из-за сердечной болезни, развившейся после аварии на подводной лодке, А. И. Берг вынужден был уйти из подводного флота и посвятить себя научно–инженерной деятельности. В 1921 г. появились его первые научные статьи, которые были посвящены проблемам исследования, расчета и применения в морском флоте радиопередатчиков и радиоприемников, использующих электронные лампы, проблемам радиосвязи погруженных подводных лодок, применения ультразвуковых систем на флоте.

8 «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика»

По окончании в 1925 г. Военно-морской академии А. И. Берг преподавал радиотехнику в Военно-морском инженерном училище, в 1924–1935 гг.

написал ряд учебников, явившихся первыми учебными пособиями по общей теории радиотехники, в которых впервые были рассмотрены перспективы использования в радиотехнике электронных ламп. Книги А. И. Берга «Курс основ радиотехнических расчетов» и «Теория и расчет ламповых генераторов»

– важнейшие пособия для студентов всех радиотехнических вузов страны.

С 1937 г. до начала 1940 г. А. И. Берг находился в заключении, где занимался разработкой военных систем связи.

В 1943 г. он был избран членом–корреспондентом, а в 1946 г. – действительным членом Академии наук СССР.

В 1943–57 гг. А. И. Берг занимал должности заместителя народного комиссара электропромышленности, заместителя председателя Комитета по радиолокации, заместителя Министра обороны СССР.

Аксель Иванович Берг организовал ряд НИИ, в том числе Институт радиотехники и электроники АН СССР, где был директором с 1953 по 1954 г.

С 1950 по 1963 г. А. И. Берг – председатель Радиосовета АН СССР, а с 1959 г.

до конца своей жизни – председатель Научного совета по кибернетике при Президиуме АН СССР, где возглавлял координацию исследований в кибернетике. А. И. Берг был председателем правления Всесоюзного научно инженерного общества радиотехники и радиосвязи имени А. С. Попова.

Аксель Иванович Берг работал в области создания, развития и применения радиолокации, современных систем радионавигации, стал крупнейшим специалистом в новой отрасли науки – кибернетике.

Отличительной особенностью, характеризующей научно-техническую деятельность академика А. И. Берга, являются новизна и актуальность тематики, оригинальность и практическая направленность его научных исследований;

законченность работ, которые он всегда доводил до расчетных формул, таблиц и графиков, что давало возможность непосредственно применять его исследования в инженерной практике.

Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции молодых ученых Котельников Владимир Александрович (1908–2005) действительный член АН СССР, дважды Герой Социалистического Труда, директор ИРЭ АН СССР 1955–1987 гг.

С именем Владимира Александровича Котельникова сегодня связано важнейшее направление в области радиотехники, радиофизики и информатики – цифровая обработка сигналов. «Теорема Котельникова» входит в азбуку любого инженера, работающего в области цифровых систем связи, радиолокации, телевидения и т.д. Теория потенциальной помехоустойчивости, созданная Котельниковым, определяет качество любых каналов связи – от традиционных радиорелейных линий и станций до самых современных волоконно-оптических и спутниковых линий связи, сотовых радиотелефонов и скрытной связи на шумоподобных сигналах. Прочно связано с именем В. А. Котельникова новое направление в освоении космоса – планетная радиолокация. Благодаря ей удалось существенно уточнить астрономическую единицу и размеры нашей Солнечной системы и тем самым обеспечить возможности точного вывода космических аппаратов на орбиты планет и их мягкой посадки, получения радиолокационных изображений ландшафтов планет, даже таких закрытых облаками, как Венера. Без преувеличения можно сказать, что деятельность В. А. Котельникова составляет эпоху в отечественной и мировой радиотехнике и информатике.

В. А. Котельников после окончания Московского энергетического института в 1930 г., получив звание инженера-электрика, работал в 1930 г. в Научно-исследовательском институте связи Красной армии. С 1931 по 1941 г.

занимался педагогической деятельностью на кафедре радиотехники Московского энергетического института и одновременно вел научную работу в Центральном научно-исследовательском институте связи народного 10 «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика»

комиссариата связи СССР. Здесь он формулирует знаменитую теорему отсчетов, которая носит его имя. Эта теорема показывает, как непрерывную функцию с ограниченным спектром можно представить в виде суммы дискретных отсчетов. Теорема Котельникова по существу является одной из основополагающих в теории цифровых систем, и ее значение выходит далеко за рамки теории связи, составляя один из краеугольных камней науки информатики.

Развитая В. А. Котельниковым теория потенциальной помехоустойчивости определяет предельные возможности приема сигналов при наличии шумов, она раскрывает природу физических ограничений на чувствительность приемных устройств – и в этом, прежде всего, ее фундаментальное значение. Теория потенциальной помехоустойчивости средств связи, созданная Владимиром Александровичем Котельниковым, принесла ему мировое признание и сегодня является одним из основополагающих трудов при разработке новых помехоустойчивых средств радиосвязи, систем радиолокации, телеуправления и других радиоустройств.

Одновременно с научной работой В. А. Котельников воплощает свои идеи в практические разработки. Так, в довоенные годы под его руководством и с его непосредственным участием была создана уникальная аппаратура многоканальной однополосной радиосвязи на линии Москва – Хабаровск.

Создание этой линии представляло собой в то время крупнейшее достижение советской и мировой радиотехники.

В период Великой Отечественной войны (1941–1945 гг.) В. А. Котельников плодотворно работал над созданием новой специальной аппаратуры связи, в частности разрабатывал системы скрытной радиосвязи с использованием шифровальной техники. За разработки в этой области он дважды – в 1943 г. и в 1946 г. – был удостоен Сталинской (ныне Государственной) премии первой степени.

В 1953 г. В. А. Котельников был избран сразу академиком АН СССР, минуя член-коррскую стадию, и назначен с 1954 г. директором Института радиотехники и электроники АН СССР. Вместе с академиком А. И. Бергом Владимир Александрович привлек в ИРЭ ведущих ученых в области радиотехники и электроники с их коллективами, создав первый костяк института, который со временем превратился в один из ведущих институтов Академии наук и деятельность которого охватывает не только основные направления радиотехники и электроники, но и многие проблемы общей и прикладной физики.

Здесь, в ИРЭ, наряду с большой научно-организационной работой, В. А. Котельников лично осуществляет научное руководство и принимает непосредственное участие в работах по созданию планетного радиолокатора и радиолокационному исследованию планет. По существу, им и под его руководством было создано новое направление в исследованиях космоса – планетная радиолокация, что имеет исключительно важное значение для управления полетами дальних космических кораблей. За эту работу в 1964 г.

Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции молодых ученых В. А. Котельникову совместно с группой руководимых им сотрудников была присуждена Ленинская премия.

Эти работы под руководством В. А. Котельникова позволили по многим вопросам обойти американцев в исследовании планет Солнечной системы автоматическими станциями.

В. А. Котельникову принадлежит большая заслуга в постановке и развитии поисковых и фундаментальных исследований в таких областях, как помехоустойчивость радиосистем и статистическая радиофизика, освоение миллиметрового, субмиллиметрового и оптического диапазонов радиоволн, квантовая радиофизика и микроэлектроника, ИК и СВЧ техника, физика полупроводников и ферритов, акусто– и магнитоэлектроника, дистанционные радиофизические методы изучения природной среды, стекловолоконная оптическая связь, автоматизация научных исследований и др.

Будучи с 1969 г. в течение почти 20 лет вице-президентом и первым вице президентом АН СССР, В. А. Котельников успешно занимался координацией научных исследований в масштабе всей страны в области связи, радиотехники, радиоастрономии, исследования космического пространства. Свидетельством международного признания научных заслуг В. А. Котельникова является избрание его членом академий наук многих стран.

12 «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика»

Гуляев Юрий Васильевич (род. 1935 г.) действительный член Российской академии наук, лауреат Государственных премий СССР и РФ, директор ИРЭ АН СССР (ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН) с 1987 г.

В 1958 г. Юрий Васильевич Гуляев окончил с отличием МФТИ и был направлен в очную аспирантуру ИРЭ АН СССР. В 1960 г. он перешел в заочную аспирантуру и был принят на работу в институт в качестве младшего научного сотрудника. В 1962 г. он защитил кандидатскую диссертацию и был направлен на стажировку в Англию, где работал в течение 10 месяцев в Манчестерском, Оксфордском и Брунельском университетах. С 1964 г. начал преподавать в МФТИ в качестве доцента. В феврале 1966 г. был назначен заведующим лабораторией физики плазмы в полупроводниках в ИРЭ АН СССР. В 1970 г. он успешно защитил докторскую диссертацию. В апреле 1972 г. был назначен заместителем директора по научной работе по отделению электроники ИРЭ АН СССР с сохранением обязанностей по научному руководству лабораторией. С 1972 г. работает по совместительству в МФТИ на должности профессора. В марте 1979 г. Юрий Васильевич Гуляев был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР по Отделению общей физики и астрономии. В декабре 1984 года Юрий Васильевич был избран действительным членом Академии наук СССР (академиком) по Отделению информатики, вычислительной техники и автоматизации. В декабре 1987 г. он был назначен исполняющим обязанности директора ИРЭ АН СССР, а с апреля 1988 г. – директором ИРЭ АН СССР с сохранением обязанностей по научному руководству отделом твердотельных устройств обработки информации.

Ныне академик Ю. В. Гуляев – один из крупнейших ученых и инженеров в стране и за рубежом в области радиофизики, электроники и информатики. Он Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции молодых ученых является одним из создателей таких перспективных направлений современной науки и техники, как акустоэлектроника, акустооптика, спин-волновая электроника, биомедицинская радиоэлектроника и внес значительный вклад в развитие вакуумной микроэлектроники, волоконной оптики, наноэлектроники, технологии открытых систем и др. Открытые им в 1968 г. независимо от американского ученого Дж. Блюштейна чисто сдвиговые поверхностные волны в пьезоэлектриках носят общепризнанное во всем мире название «волны Гуляева–Блюстейна» (за рубежом «Blustein – Gulyaev waves»). Эти работы вошли в учебники по физике твердого тела и акустике. Вклад академика Ю. В. Гуляева в развитие науки и техники отмечен присуждением ему высоких премий и наград: премия Европейского физического общества (1979 г.), Государственные премии СССР (1974, 1984 гг.), Государственные премии РФ (1993, 2007 гг.), премия им. Б. П. Константинова РАН (1991 г.), Золотая медаль им. А. С. Попова (1995 г.), премии Правительства РФ (2009, 2012 гг.), а также ордена и медали РФ. Работы Ю. В. Гуляева имеют большое значение для повышения обороноспособности и безопасности страны, о чем свидетельствуют премия Совета Министров СССР (1989 г.) и Благодарности Верховного Главнокомандующего Вооруженными силами Российской Федерации (2000, 2002 гг.).

Ю. В. Гуляев – крупный организатор отечественной науки. По его инициативе созданы отделения ИРЭ РАН в городах Саратове (1979 г.) и Ульяновске (1990 г.), а также Научный центр электронных диагностических систем (Центр «Элдис») ИРЭ РАН в Москве (1989 г.). Он является одним из создателей и организаторов Саратовского научного центра РАН (1981 г.) и его бессменным руководителем. Созданный в ИРЭ РАН по его инициативе отдел технологии микроэлектроники в 2002 г. выделился в отдельный Институт СВЧ полупроводниковой электроники РАН. Ю. В. Гуляев организовал новый институт Российской академии наук по одному из наиболее актуальных научных направлений, признанных государством, – Институт нанотехнологий микроэлектроники, и в 2006–2009 гг. был его директором-организатором.

Академик Ю. В. Гуляев имеет огромный научный авторитет в России.

Он – член Президиума Российской академии наук, руководитель Секции вычислительных, локационных, телекоммуникационных систем и элементной базы РАН, председатель Президиума Саратовского научного центра РАН, президент Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им. А. С. Попова (с 1991 г.), президент Международного и Российского Союзов научных и инженерных общественных объединений, избран членом академий наук ряда стран. В 2010 г. Ю. В. Гуляев награжден Медалью ЮНЕСКО за выдающийся вклад в развитие нанонауки и нанотехнологий.

Ю. В. Гуляев более 45 лет занимается активной педагогической деятельностью, долгое время он был членом Высшей аттестационной комиссии, в настоящее время возглавляет кафедру твердотельной электроники и радиофизики Московского физико-технического института, является 14 «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика»

руководителем ведущей научной школы Российской Федерации. Им подготовлено более 100 кандидатов наук, более 20 из них стали докторами наук.

Академик Ю. В. Гуляев в 2013 г. удостоен Государственной премии Российской Федерации имени Маршала Советского Союза Г. К. Жукова в области военной науки, а также включен в состав Консультативного научного совета «Фонда развития Центра разработки и коммерциализации новых технологий» в Сколково.

Ю. В. Гуляевым опубликовано единолично и в соавторстве более научных статей, 9 монографий и получено более 80 авторских свидетельств на изобретения и патентов.

Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции молодых ученых НЕТРИВИАЛЬНЫЕ ТИПЫ АТТРАКТОРОВ В СИСТЕМЕ СВЯЗАННЫХ ДИСКРЕТНЫХ ОСЦИЛЛЯТОРОВ РЕССЛЕРА А. Б. Адилова1, А. П. Кузнецов1,2, А. В. Савин Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского Саратовский филиал ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН E-mail: assol775@rambler.ru Для исследования динамики связанных систем с квазипериодическим поведением удобно использовать системы, полученные при помощи дискретизации [1,2] модельных потоковых систем. В частности, ранее [3] было начато исследование двух связанных дискретных осцилляторов Ресслера, каждый из которых получается дискретизацией модели Ресслера [4]:

xn +1 = xn ( yn + zn ), u n +1 = u n ( v n + wn ), yn +1 = yn + ( xn + a1 yn ) + (vn yn ), v n +1 = v n + (u n + a 2 v n ) + ( y n v n ). (1) zn +1 = zn + b + ( xn r ) zn ;

wn +1 = wn + b + (u n r ) wn.

В настоящей работе обнаружено, что в системе (1) возможна реализация некоторых нетривиальных типов аттракторов, в частности аттракторов сложной геометрической структуры с близким к нулю старшим показателем Ляпунова.

Пример такого аттрактора приведен на рис. 1.

u x Рис. 1. Проекция аттрактора отображения (1) на плоскость (u,x) и его увеличенные фрагменты при значениях параметров µ=0,02, a1=–0.0229, a2=0.11, =0. В работе был проведен расчет спектра ляпуновских показателей по реализации длиной 107 итераций. По результатам проведенных расчетов получено, что старший ляпуновский показатель данного аттрактора равен ( = –0,50801±0,50227)10–5, является отрицательным. При этом среднеквадратичное отклонение равномерно убывает с ростом длины реализации, что свидетельствует о хорошей сходимости процедуры вычисления ляпуновского показателя.

Для анализа геометрической структуры исследуемого аттрактора был проведен расчет его корреляционной размерности по алгоритму Грассбергера– Прокаччиа [5] с использованием 106 начальных условий.

Данный алгоритм был применен как к исследуемому аттрактору, так и к инвариантной кривой и хаотическому аттрактору той же системы, наблюдаемым при других значениях параметров. Полученные графики зависимости корреляционного интеграла от размера ячейки приведены на рис. 2.

16 «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика»

в а б Рис. 2. Зависимость корреляционного интеграла от масштаба ячейки: а– инвариантная кривая, б – хаотический аттрактор, в – исследуемый аттрактор Хорошо видно, что для инвариантной кривой (рис. 2, а) эта зависимость имеет вид прямой с близким к единице угловым коэффициентом, а для странного аттрактора (рис. 2, б) и исследуемого аттрактора (рис. 2, в) зависимости имеют вид гладких кривых, выделить на которых прямолинейный участок (за исключением начального) не представляется возможным. Такой вид зависимости характерен для мультифрактальных объектов.

На рис. 3 приведено устройство фрагмента С u плоскости управляющих Т параметров в окрестности P точки, соответствующей x исследуемому аттрактору, N= рассчитанного по u итерациям. Нулевым принимался показатель, не превышающий 10–4 по модулю.

x Видно, что существует область Рис. 3. Карта ляпуновских показателей отображения с нулевым значением (1) и фазовые портреты в указанных точках. Белым ляпуновского показателя, в кружком обозначен исследуемый аттрактор. Р – которой вид аттракторов периодический режим, Т2 – двухчастотный, С – хаос сходен с исследуемым.

Таким образом, проведенные расчеты позволяют предположить, что исследуемый аттрактор является странным нехаотическим.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 12-02 31089).

Библиографический список 1. Заславский Г. М. Физика хаоса в гамильтоновых системах. М. ;

Ижевск: ИКИ, 2004.

2. Морозов А. Д. Резонансы, циклы и хаос в квазиконсервативных системах. М. ;

Ижевск:

ИКИ, 2005.

3. Адилова А. Б. // Научные исследования студентов Саратовского государственного университета: материалы итог. студ. науч. конф. Саратов. Изд-во Сарат. ун–та, 2012. С. 4.

4. Rossler O. E. // Phys. Lett. A. 1976. Vol.57, №5. P.397.

5. Grassberger P., Procaccia I. // Physica D.1983. Vol.9. P.189.

Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции молодых ученых ОСОБЕННОСТИ 3D ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ КОЛЛОИДНОГО РАСТВОРА КОМПОЗИТНЫХ НАНОЧАСТИЦ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬЮ ФЕМТОСЕКУНДНЫХ ЛАЗЕРНЫХ ИМПУЛЬСОВ И НЕПРЕРЫВНОМ РЕЗОНАНСНОМ ИЗЛУЧЕНИИ Г. Г. Акчурин мл.1,2, Г. Г. Акчурин2,1, Ю. А. Аветисян1, А. Н. Якунин1, В. А. Ханадеев3, Б. Н. Хлебцов3, Н. Г. Хлебцов3, Н. А. Ильин 4, В. В. Тучин2,1, Институт проблем точной механики и управления РАН, Саратов Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, Саратов Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики Университет Оулу (Финляндия) E-mail: buhanka@list.ru Впервые в 2003 г. была продемонстрирована фотодеструкция раковых клеток с помощью золотых наносфер [1,2] и нанооболочек [3]. Золотые наностержни впервые в 2006 г. были апробированы для селективной фототермической терапии (ПФТТ) раковых клеток in vitro в группе El–Sayed [4]. Последние достижения по векторной доставке наночастиц и селективному лазерному фототермолизу раковых клеток представлены в обзоре [5]. Для селективной лазерной гипертермии клеток в 2003 году был апробирован метод резонансного облучения наносекундными импульсами [1], что позволило осуществить интенсивный локальный пространственный нагрев наночастиц и прилегающего объема в пределах характерного размера клеток.

В нашей работе проведены сравнительные эксперименты по динамике нагрева наночастиц (нанооболочек, наностержней и наноклеток) различных концентраций импульсным фемтосекундным лазерным излучением и непрерывным лазерным излучение при одинаковой средней мощности. А также изучены температурные поля при лазерном нагреве коллоидных растворов наночастиц.

Разработка таких оптических технологий необходима для селективного лазерного разрушения раковых клеток или патологических биотканей при минимальном повреждении здоровых. В эксперименте с фемтосекундным лазерным воздействием использовался титан-сапфировый лазер фирмы Spectra–Physics типа Mai Tai со спектральным максимумом излучения в области 810 нм, работающий в режиме синхронизации мод, позволяющем получать оптические импульсы длительностью 80 фс с частотой повторения 80 МГц, используемая средняя мощность лазера составляла 1 Вт. Для бесконтактного измерения температуры использовался тепловизор IRISYS 4010 (InfraRed Integrated System Ltd, UK). Тепловизор позволяет регистрировать пространственное распределение температуры на поверхности исследуемого объекта в диапазоне температур от –50 до 250 градусов Цельсия (°С) с точностью определения температуры 0.15 градусов. Эксперименты показали, что пространственное разрешением при измерении температурных полей с помощью тепловизора IRISYS 4010 составляет не менее 300 микрон при 18 «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика»

минимальном расстояния до объекта 15 см. Эксперименты ставились с целью обнаружения влияния концентрации плазмонно-резонансных золотых наночастиц на величину изменения температуры водного раствора.

Коллоидный раствор наночастиц объемом 1 мл находился в стандартной пробирке (типа эппендорф), расстояние от торца оптического волокна до поверхности наночастиц составляло 1 см. Использовался полупроводниковый лазер фирмы OPTO POWER CORPORATION типа ВО–15 (США) с длиной волны 810 нм, средняя мощность излучения составляла 1 Вт. В сравнительных исследованиях по эффективности нагрева коллоидного раствора плазмонно резонансных золотых наночастиц подбиралась не только одинаковая средняя оптическая мощность непрерывного и фемтосекундного лазерного излучения, но и сравнимая плотность лазерной мощности при одинаковом размере пучка на поверхности водного раствора наночастиц в кювете типа эппендорфа.

Экспериментально исследовалась динамика максимального нагрева различных типов наночастиц в области воздействия лазерного пучка с поверхностью коллоидного раствора наночастиц в воде. Экспериментально проведены детальные исследования динамики максимального нагрева наночастиц в воде для различных концентраций, используемых в технологии лазерного фототермолиза клеток и биотканей.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 12–02– 92610–КО).

Библиографический список 1. Pitsillides C. M., Joe E. K.,Wei X., Lin C. P. // Biophys. J. 2003. Vol. 84. P. 4897.

2. Zharov V. P., Galitovsky V., Viegas M. // Appl. Phys. Lett. 2003. Vol. 83. P. 4897.

3. Hirsch L., Stafford R. J., Bankson J. A., Sershen S. R., Rivera B., Price R. E., Hazle J. D., Halas N., West J. // Proc. Natl. Acad. Sci. 2003. Vol. 23. P. 13549.

4. Xiaohua Huang, El–Sayed I. H., Wei Qian, El–Sayed M. A. // JACS. 2006. Vol. 128. P. 2115.

5. Huang X., Jain P. K., El–Sayed I. H., El–Sayed M. A. // Lasers Med. Sci. 2008. Vol. 23. P. 217.

Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции молодых ученых УПРАВЛЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ФАЗ В ЦЕПОЧКЕ ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ СПИНОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ К. Н. Алешин1,2, К. Г. Мишагин1,2, В. В. Матросов Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского ЗАО «Время–Ч», Нижний Новгород E-mail: kirill_al@bk.ru Спиновые наногенераторы в силу своих частотных характеристик и малого размера являются весьма привлекательными для многих приложений.

Однако малая мощность излучения таких наногенераторов приводит к постановке задачи о синхронизации нескольких спиновых наногенераторов для когерентного сложения их мощностей.

В [1] показано, что два спиновых наногенератора, связанных через спиновые волны, могут быть взаимно синхронизованы в фазе и в противофазе.

В цепочке генераторов возникает мультистабильность синхронных режимов, которая усложняет задачу когерентного сложения мощностей. Для разрешения этой проблемы предлагается простой алгоритм переброса фазы, позволяющий значительно увеличить полную мощность излучения цепочки наногенераторов.

В силу того что частота генерации спинового наногенератора зависит от величины протекающего через него электрического тока, вновь подключенный наногенератор можно перестроить по фазе в состояние, при котором разность фаз между ним и фазами других генераторов ансамбля будет минимальна.

Для демонстрации метода рассмотрим систему дифференциальных уравнений, качественно описывающих динамику цепочки связанных наногенераторов:

1 = 1 + sin (2(1 2 )) i = i + sin (2(i i 1 )) + sin (2(i i +1 )), (1) = + sin (2( )) n n n n где k – фаза k-го наногенератора, k – собственная частота колебаний k-го наногенератора, – параметр, пропорциональный силе связи наногенераторов между собой, индекс i изменяется от 2 до n1, где n – номер последнего наногенератора в цепочке. В качестве критерия оценки мощности примем критерий максимума параметра порядка, определяемого следующим соотношением:

1 n j i = e, n i = где j – мнимая единица, – параметр порядка, по сути, суммарная мощность излучения цепочки в направлении максимума диаграммы направленности.

Численное моделирование системы уравнений (1) проводилось методом Рунге–Кутты четвёртого порядка постоянным шагом. Начальные условия для системы (1) для каждой реализации выбираются случайным образом с равномерным распределением на интервале от – до. Параметры k для 20 «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика»

каждой реализации имеют случайное значение с равномерным распределением на интервале (1, 1+0.05).

Рассмотрим простое последовательное подключение наногенераторов в цепочку. Для иллюстрации эффекта «некогерентного» сложения построим диаграмму распределения параметра порядка для 60 генераторов и реализаций (рис. 1).

Рис.1. Диаграмма распределения параметра порядка Рис. 2 демонстрирует эффективность алгоритма перестройки фазы.

Рис. 2. Зависимость параметра порядка от количества подключенных наногенераторов: 1 – без перестройки фазы, 2 – с использоанием алгоритма перестройки фазы Таким образом, алгоритм перестройки фазы позволяет добиться значительного увеличения выходной мощности излучения цепочки наногенераторов. Например, для цепочки, состоящей из шестидесяти наногенераторов, в среднем выходная мощность при использовании алгоритма в восемь раз выше, чем без его использования.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проекты № 13– 08–00844 и 13–02–00918).

Библиографический список 1. Алешин К. Н., Мишагин К. Г. // Труды XVI научной конференции по радиофизике, посвященной 100-летию со дня рождения А. Н. Бархатова (Нижний Новгород, 11–18 мая 2012 г.) / под ред. С. М. Грача, А. В. Якимова. Н. Новгород, 2012. С. 102.

Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции молодых ученых ОБРАЗОВАНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР НА ПОВЕРХНОСТИ СТАЛИ В РЕЗУЛЬТАТЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Д. Н. Антонов, А. А. Бурцев, О. Я. Бутковский Владимирский государственный университет им. А. Г. и Н. Г. Столетовых E-mail: dimas_post@inbox.ru Воздействие на поверхность многокомпонентных сплавов на основе железа лазерного излучения при облучении на воздухе приводит к перераспределению легирующих элементов по глубине, изменению состава поверхности и образованию в зоне лазерного воздействия оксидных пленок металлов [1]. В этой работе была поставлена цель по изучению модификации поверхности нержавеющей стали в результате воздействия лазерной установки точечной сварки CLW–50C при различных параметрах излучения.

Установка CLW–50C на основе импульсного Nd:YAG лазера укомплектована оптико-механической системой формирования пятна излучения переменного диаметра в зоне сварки и контроля качества сваренного изделия с помощью микроскопа.

В качестве образца была выбрана нержавеющая сталь AISI 304 толщиной 1мм. Параметры лазерной установки позволяют устанавливать любую форму импульса по нескольким точкам. Первая серия экспериментов заключалась в изменении формы импульса при одинаковых параметрах лазерного излучения и, наоборот, в использовании одинаковой формы импульса, изменяя параметры излучения (рис.1).

Рис. 1. Формы импульса, соответствующие областям воздействия излучения на образец По окончанию эксперимента образец был исследован на электронном микроскопе. В области воздействия, где было приложено наибольшее, по сравнению с другими областями, количество энергии, мы получили изображение с некой модификацией поверхности стали (рис.2).

22 «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика»

Рис. 2. РЭМ изображения области воздействия На рис. 2 можно наблюдать некие наросты в области воздействия лазерного излучения. Темные области вокруг этих наростов, скорее всего, являются небольшими углублениями на поверхности стали, а сама область воздействия является зернистой структурой. Исходя из того что такая модификация поверхности была получена при наибольшей энергии излучении в импульсе, мы решили уменьшить диаметр пятна, чтобы увеличить плотность энергии в области воздействия. Вследствие этого были получены новые РЭМ изображения на электронном микроскопе, и наибольший интерес стала представлять область с выпуклой наплавленной поверхностью.

Как видно на изображениях в области воздействия пятна (рис. 3) можно наблюдать появление дендритов – сложнокристаллических образований, имеющих древовидную ветвящуюся структуру [2]. Однако дендриты образуются не по всей области воздействия пятна, а занимают только лишь порядка поверхности. Причем наибольшее скопление дендритов мы наблюдаем ближе к краям области воздействия пятна лазерного излучения, к центру распределение дендритов становится достаточно редким, а в самом центре области воздействия они и вовсе пропадают.

Рис. 3. РЭМ изображения области воздействия при диаметре пятна 1,6 мм Согласно представлениям о жидком состоянии стали при небольшом перегреве сравнительно с температурой плавления структура жидкости близка к структуре кристаллов. Во время охлаждения при приближении к температуре Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции молодых ученых кристаллизации в жидком металле протекают процессы, приводящие к увеличению продолжительности жизни частиц и большей стабильности квазикристаллов, из которых возникают зародыши новой фазы [3]. Исходя из теории образования дендритов, можно сказать о характере их появления на поверхности стали: дендритный рост наблюдается, когда расплав переохлажден;

рост дендритов идет в строго определенных направлениях;

ветвление происходит приблизительно через одинаковые промежутки, которые становятся все короче с повышением порядке ветвей;

дендритно затвердевает лишь небольшая доля расплава.

Образование и распределение кристаллических структур на поверхности металлов изучено не полностью и представляет большой интерес для современной науки, поэтому мы смело можем поставить перед собой дальнейшую цель по изучению свойств дендритов, методов управления ростом дендритов и возможности их равномерного распределения по всей области воздействия.

Библиографический список 1. Делоне Н. Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. М., 1989. 280 с.

2. Третьяков Ю. Д. // Соровский образовательный журнал. 1998. №11.

3. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. От диссипативных структур к упорядоченности через флуктуации. М., 1979. 512 с.

24 «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика»

ГЕНЕРАТОР ГИПЕРБОЛИЧЕСКОГО ХАОСА НА ОСНОВЕ ТРЕХ СВЯЗАННЫХ ОСЦИЛЛЯТОРОВ ВАН ДЕР ПОЛЯ Д. С. Аржанухина Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского E-mail: arzhanukhinadarja@rambler.ru В соответствии с базовыми принципами теории колебаний и нелинейной динамики, среди систем с хаотическим поведением наиболее значимыми с практической точки зрения и в качестве предмета теоретического анализа следовало бы признать системы, в которых хаос характеризуется свойством структурной устойчивости [1,2].

Примером физической системы с гиперболическим хаосом может служить набор связанных осцилляторов с попеременным возбуждением, динамика фаз которых описывается гиперболическим отображением на торе [3]. В настоящей работе будет рассмотрена система трех связанных осцилляторов Ван-дер-Поля, описываемая дифференциальными уравнениями d 2x dx d ( yz ) + 0 x = [ B + A cos(2t / T ) x 2 ] + cos 0 t, dt dt dt d2y dy d ( xz ) + 0 y = [ B + A cos 2(t / T 1 / 3) y 2 ] + cos 0 t, (1) dt dt dt d 2z dz d ( xy ) + 0 z = [ B + A cos 2(t / T 2 / 3) z 2 ] + cos 0 t.

dt 2 dt dt Здесь x, y и z – динамические переменные первого, второго и третьего осцилляторов, 0 – их собственная частота и частота вспомогательного сигнала. Параметр A характеризует глубину модуляции бифуркационного параметра, а B – постоянную составляющую, выбор которой определяет, какую часть периода осцилляторы проводят выше и ниже порога возбуждения, T – период модуляции, – параметр связи, а параметр является дополнительным параметром связи. Модуляция параметров осуществляется таким образом, что каждый из осцилляторов находится в возбужденном состоянии приблизительно одну третью часть периода. Благодаря фазовому сдвигу, осцилляторы возбуждаются по очереди: … 1 2 3 1 …, и за один период модуляции возбуждение передается следующему осциллятору от двух других в циклическом порядке.

Предположим, что осцилляторы имеют фазы x, y и z т.е. x ~ sin( 0 t + x ), y ~ sin(0 t + y ), z ~ sin( 0 t + z ), тогда можно показать, что в случае = 0, при возбуждении осциллятор z получит фазу колебаний, определяемую с точностью до константы соотношением k +1 = k + k 1 (mod 2), (2) где фазы определяются соотношениями:

x = arg( x + ix / 0 ), y = arg( y + iy / 0 ), z = arg( z + iz / 0 ). (3) Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции молодых ученых Таким образом, за один шаг передачи возбуждения, для фаз выполняется отображение Фибоначчи. Сделав те же предположения можно показать, что в случае =const фаза первого осциллятора будет определяться как 2 sin (mod 2). (4) x = z + y arctg 1 + 2 cos На следующих стадиях передачи возбуждения изменения фаз описываются циклической перестановкой ( x y z x...) в соотношении (4).

Систему (1) можно представить в виде схемы, составленной из трех осцилляторов Ван-дер-Поля на основе колебательных контуров. На рисунке а представлен график, полученный при моделировании такой схемы в среде Multisim с последующей обработкой данных, записанных в файл, с помощью внешней программы, который иллюстрирует приблизительное выполнение отображения для фаз (2). По вертикальной оси представлена фаза третьего осциллятора, определенная в момент времени t = nT. По горизонтальной оси отложена сумма фазы первого осциллятора, определенной для первой трети периода, и фазы второго осциллятора, определенной для второй трети периода.

Точки на графике располагаются вдоль диагонали, подтверждая тот факт, что выражение (2) достаточно хорошо описывает преобразование фаз при возбуждении очередного осциллятора системы. На рисунке б представлен график в координатах (n 1, n ), демонстрирующий поведение фаз для схемы с модификацией, соответствующей 0 в системе (1). Здесь можно наблюдать структуру на качественном уровне соответствующую гиперболическому DA– аттрактору («Derived from Anosov»).

а б Графики, иллюстрирующие динамику фаз для случая = 0 (а) и 0 (б) Автор выражает благодарность профессору С. П. Кузнецову за научное руководство.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект №12–02– 00342).

Библиографический список 1. Гукенхеймер Дж., Холмс П. Нелинейные колебания, динамические системы и бифуркации векторных полей. М.: Ижевск: Ин-т компьютерных исследований, 2002. 559 с.

2. Shilnikov L. // Intern. J. of Bif. & Chaos. 1997. Vol. 7, № 9. P. 1353.

3. Kuznetsov S. P., Pikovsky A. // Physica. 2007. Vol. D 232. P.87.

26 «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика»

РЕКОНСТРУКЦИЯ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ С ЗАПАЗДЫВАЮЩЕЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ О. В. Астахов1, А. С. Караваев1, Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского Саратовский филиал ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН E-mail: astakhovov@gmail.com Изучению систем регуляции деятельности сердечно-сосудистой системы (ССС) в последнее время посвящено значительное количество работ. Это объясняется как фундаментальным интересом рассмотрения динамики происходящих процессов, так и попытками более глубокого понимания значения параметров данных моделей, изменение которых представляется возможным использовать в качестве диагностических критериев в медицине.

Одной из таких моделей является широко известная система Мальпаса [1], представляющая собой модель системы барорефлекторной регуляции артериального давления. Данная модель описывается дифференциальным уравнением первого порядка с запаздывающей обратной связью.

2 x( t ) = x( t ) + (1), 2 x ( t )1 1 2 x ( t ) 1+ e 1+ e где интерпретируется, как время запаздывания сигнала при его распространении по нервной системе, параметр характеризует инерционные свойства сосудов и артериальных барорецепторов, функция f описывает нелинейное преобразование, осуществляемое с сигналом в центральных отделах симпатической нервной системы, динамическая переменная x(t) отражает изменение во времени сигнала в исследуемом контуре регуляции артериального давления.

В последнее время проводится множество исследований, посвященных вопросу о механизмах и степени влияния внешнего воздействия на процессы, происходящие в системе барорефлекторной регуляции артериального давления.

Существуют две наиболее распространенные гипотезы о характере такого воздействия. Первая подразумевает, что процесс дыхания оказывает параметрическое воздействие на систему, модулируя её нелинейные свойства;

вторая полагает, что механическое раздражение барорецепторов может моделироваться в виде аддитивного силового воздействия. Реконструкция параметров такой системы под внешним воздействием является актуальной и интересной научной задачей, имеющей как фундаментальный интерес (взаимодействие и устройство регуляторных систем), так и прикладное значение (применение в медицинской диагностике). Однако данная проблема до сих пор не решена, так как требует разработки и применения специализированных методов обработки получаемых сигналов, по причине их сложности, относительно малой длины, зашумленности, нестационарности.

Ранее нами были разработаны методы реконструкции систем с запаздывающей обратной связью, функционирующих как в хаотических, так и в периодических режимах. В частности, в работе [2] был предложен метод реконструкции Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции молодых ученых времени запаздывания систем с запаздывающей обратной связью под внешним импульсным воздействием, основывающийся на расчёте кросскорреляционной функции вторых производных сигнала, отражающего динамику системы под внешним воздействием и сигнала внешнего импульсного воздействия. Тем не менее, для задачи реконструкции биологических систем данные методы требуют существенной коррекции и адаптации.

Данная работа посвящена оценке работоспособности развиваемого метода реконструкции в ходе анализа данных натурного физиологического эксперимента. Используемая модель представляла собой систему Мальпаса (1) под внешним воздействием:

1) частотно модулированного гармонического сигнала (y1(t) в формуле (2)), что соответствует моделированию воздействия дыханием на рассматриваемую систему.

x1 (t ) = x1 (t ) + (1 k1 y1 (t )) f ( x1 (t )), (2) где k – коэффициент, характеризующий степень модуляции нелинейной функции;

2) последовательностью импульсов со сглаженными фронтами (y2(t) в формуле (3), сглаживание проводилось с помощью фильтра баттерворта первого порядка (ФНЧ, ср. = 0.5 Гц)), что соответствует моделированию воздействия, механическим раздражением барорецепторов, на рассматриваемую систему.

.

x2 (t ) = x2 (t ) + f ( x2 (t )) + k2 y2 (t ).

(3) В обоих случаях численный эксперимент проводился в присутствии динамического и измерительного шумовых воздействий. За основу метода для реконструкции времени запаздывания были взяты идеи, предложенные в [2].

В ходе работы было восстановлено значение времени запаздывания.

Установлены минимальные значения k 1 = 0.8, k 2 = 0.7, при которых вид кросскорреляционной функции позволял однозначно определить значение данного параметра. На основе метода, предложенного в [3], произведена реконструкция параметра и нелинейной функции в табличном виде. Показано, что при указанных значениях параметров методика остается работоспособной и позволяет без ошибки определять время запаздывания при интенсивности динамического шума до 4% от стандартного отклонения незашумленного сигнала, шум наблюдения при этом может достигать 16%.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ для молодых ученых (МК–4435.2012.8) и РФФИ (проект №13–02–00227).

Библиографический список 1. Ringwood J. V., Malpas S. C. // Amer. J. Physiol. Regulatory Integrative Comp. Physiol. 2001.

Vol. 280. P. 1105–1115.

2. Prokhorov M. D., Ponomarenko V. I. // Phys. Rev. E. 2009. Vol. 80. P. 066206.

3. Prokhorov M. D., Ponomarenko V. I., Karavaev A. S., Bezruchko B. P. // Physica D. 2005. Vol. 203.

28 «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика»

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНФИЛЬТРАЦИИ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА В МАТРИЦУ ИЗ КОЛЛАГЕНОВЫХ ВОЛОКОН ДЕНТИНА В. С. Аткин, Н. О. Бессуднова Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского E-mail: atkin.vsevolod@gmail.com Начальный этап развития кариеса характеризуется деминерализацией твердых тканей зуба. Существует множество методов, направленных на управление кариозным процессом, например применение реминерализирующей терапии с сохранением коллагеновой матрицы деминерализованного дентина.

В клинической практике используются различные стратегии реминерализации эмали и дентина, основанные на использовании биоактивных стекол, гидроксида кальция, выделяющих фтор материалов, искусственной слюны и др.

[1–3]. Активно развиваемым альтернативным направлением является использование наночастиц апатитов, фторида кальция, биоактивных стекол для увеличения минеральной составляющей твердых тканей зуба [4–6]. В частности, в [7] указывается на возможность управления процессами реминерализации в деминерализованном дентине путем инфильтрации его коллагеновой матрицы наночастицами гидроксиапатитов и кремния.

В настоящем исследовании в качестве частиц, вводимых в деминерализованный дентин, использовалось нанодиспергированное серебро.

Этот материал отличается от веществ, составляющих ткани зуба, что необходимо для количественных рентгеноспектральных исследований [8].

Кроме того, серебро обладает антибактериальными свойствами, что может быть использовано в комплексной терапии кариеса.

Целью данной работы является исследование особенностей проникновения наночастиц серебра в деминерализованный дентин.

Для проведения экспериментов были изготовлены блоки из материала дентина человеческих зубов с использованием низкоскоростной пилы с повышенной точностью позиционирования (VC–50, Leco, Michigan, USA), укомплектованной режущими дисками с алмазным покрытием (Buehler, Dusseldorf, Germany). Оборудование предоставлено технологическим департаментом Школы клинической стоматологии Университета Шеффилда (Шеффилд, Великобритания). Размеры блоков составляли 3–2x1x1 мм.

Изготовленные блоки обрабатывались ультразвуком в течение 10 минут для удаления дентинной стружки (так называемого смазанного слоя).

Согласно используемому протоколу [7] образцы были поделены на две группы. Образцы первой группы фиксировались в 3%-ном растворе глутеральдегида (C5H8O2/OHC(CH2)3CHO) в 0,1М какодиловом буфере в течение 8 часов. Затем промывались 0,1М какодиловым буфером для удаления глутеральдегида (3 цикла по 3 минуты) и дистиллированной водой (рис. 1).

Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции молодых ученых Рис. 1. Дентинные блоки, закрепленные на предметных столиках в камере растрового электронного микроскопа Для деминерализации дентина образцы погружались в 4N раствор муравьиной кислоты на 48 часов. По завершении процесса деминерализации образцы промывались дистиллированной водой (3 цикла по 3 минуты) для удаления кислоты, после чего помещались на хранение в дистиллированную воду при температуре +4oC.

Образцы второй (контрольной) группы хранились в дистиллированной воде при температуре +4oC.

Для инфильтрации наночастицами образцы обеих групп помещались в коллоидный раствор нанодиспергированного серебра в этаноле на 24 часа.

Весовая доля частиц серебра составляла 50 г/л. Каждый образец находился в мл раствора при комнатной температуре. Ёмкости с образцами вращались со скоростью 4 об./мин для исключения агломерации наночастиц. Для проведения электронно-микроскопических исследований образцы высушивались на открытом воздухе в течение 72 часов при комнатной температуре.

Исследования образцов проводились с применением аналитического комплекса на базе растрового электронного микроскопа SEM Mira II LMU (Tescan, Brno, Czech Republic) с системой рентгенодисперсионного микроанализа EDX INCA Energy 350 (Oxford Instruments, United Kingdom).

Для изучения характера проникновения серебра в деминерализованный и недеминерализованный дентин проводился их рентгеноспектральный микроанализ. С этой целью на поверхности образцов обеих групп выбирались участки, содержащие дентинные канальца и интертубулярный дентин, в которых определялось процентное содержание серебра. Примеры изображений морфологии поверхности исследуемых участков деминерализованного и недеминерализованного дентина представлены на рис.2. В табл. 1,2 и на рис.3, собраны результаты измерений содержания серебра с 80 участков дентина обеих групп. Анализ полученных данных указывает на то, что коллагеновая матрица деминерализованного дентина обладает повышенной адсорбционной емкостью по сравнению с недеминерализованным дентином.

30 «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика»

Рис. 2. РЭМ–изображения морфологии поверхности дентина образцов первой (слева) и второй (справа) групп Таблица 1. Концентрация серебра в Таблица 2. Концентрация серебра в канальцах и коллагеновых волокнах канальцах и интертубулярном дентине дентина образцов первой группы образцов второй группы  Весовые % Весовые % Канальцы Дентин Канальцы Дентин 16.29 30.11 4.97 3.76 2.51 3.7 3.97 6. 2.96 27.66 9.91 36.25 2.75 7.04 4.91 5. 0.00 5.28 9.09 7.53 3.32 4.4 1.91 4. 11.46 10.19 41.62 9.02 0 2.35 2.85 5. 2.62 26.33 12.16 11.89 2.63 3.11 1.17 3. 14.74 24.64 22.24 5.18 2.61 2.4 1.38 2. 14.51 5.39 3.96 2.15 1.44 16.59 2.57 2. 7.00 16.38 7.78 3.29 0 3.18 1.19 4. 6.51 12.19 16.1 4.47 4.01 3.03 0.99 2. 3.47 16.97 54.38 17.21 4.04 2.43 1.98 2. Среднее значение Среднее значение 12.74 16.65 3.58 3. Рис. 3. Диаграммы содержания серебра в канальцах (обозначено темным цветом) и в интертубулярном дентине (обозначено светлым цветом) для образцов первой (слева) и второй (справа) групп Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции молодых ученых На рис. 4 представлены средние значения процентного содержания серебра, проникшего в дентинные канальца и интертубулярный дентин для деминерализованного (1 группа) и недеминерализованного (2 группа) дентина. Отметим, что инфильтрация образцов 1 группы наноразмерным серебром Рис. 4. Диаграмма средних значений значительно лучше таковой концентрации серебра для образцов двух групп. образцов 2 группы. Для Содержание серебра в дентинных канальцах деминерализованных образцов обозначено темным цветом, в интертубулярном группы содержание серебра в дентине – светлым коллагеновой матрице дентина выше, чем в дентинных канальцах, в то время как в контрольной группе наблюдается обратное соотношение.

Наблюдаемое явление можно объяснить тем, что процесс деминерализации дентина сопровождается развитием поверхности с увеличением ее площади, что увеличивает способность дентина к инфильтрации.

Проведенная серия экспериментов указывает на принципиальную возможность инфильтрации коллагеновой матрицы деминерализованного дентина наноразмерными частицами различной природы. Таким образом, коллагеновые волокна дентина можно рассматривать в качестве скаффолдов для введения минеральных компонентов и запуска процесса реминерализации.

Библиографический список 1. Forsback A. P., Areva S., Salonen J. // Acta Odontologica Scandinavica. 2004. Vol. 62. P. 14.

2. Vollenweider M., Brunner T. J., Knecht S. et al. // Acta Biomaterialia. 2007. Vol. 3. P. 936.

3. Tay F. R., Pashley D. H. // Biomaterials. 2008. Vol. 29. P. 1127.

4. Jeong S. H., Jang S. O., Kim K. N et al. // Key Engineering Materials. 2006. Vol. 309. P. 537.

5. Roveri N., Battistella E., Foltran I, Foresti E. et al. // Advanced Materials Research. 2008. Vol.

47–50. P. 821.

6. Lu K. L., Zhang J. X., Meng X. C., Wei G. Z., Zhou M. L. // Key Engineering Materials. 2007.

Vol. 330. P. 267.

7. Besinis A., van Noort R., Martin N. // Dental Materials. 2012. № 28. P. 1012.

8. Bessudnova N. O., Bilenko D. I., Venig S. B., Atkin V. S., Zacharevich A. M. // Proc. SPIE 8699, Saratov Fall Meeting 2012: Optical Technologies in Biophysics and Medicine XIV;

and Laser Physics and Photonics XIV, 86990R (February 26, 2013.

32 «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика»

ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МДП- И МДМ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК М. С. Афанасьев, А. И. Георгиева, С. А. Левашов, В. Г. Нарышкина, Г. В. Чучева Фрязинский филиал ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН E-mail: gvc@ms.ire.mssi.ru В работе измерены вольтфарадные характеристики (ВФХ) структур металл–диэлектрик–полупроводник (МДП) Ni/Si/Ba0.8Sr0.2TiO3/Ni и металл– диэлектрик–металл (МДМ) Si/Pt/Ba0.8Sr0.2TiO3/Ni. Гетероструктуры представляют особый интерес для создания на их основе нового поколения элементной базы современной электроники, в частности, энергонезависимых перепрограммируемых запоминающих устройств и перестраиваемых конденсаторных элементов с высокой емкостью.

МДП-структуры формировались на основе сегнетоэлектрических пленок состава Ba0.8Sr0.2TiO3. Пленки получены методом высокочастотного распыления поликристаллической мишени в атмосфере кислорода на кремниевые подложки [1]. Толщина сегнетоэлектрических пленок составляла 0.2 мкм, а площадь электродов – 2.7х10–4 см2. МДМ-структуры были получены аналогичным способом, за исключением того, что сегнетоэлектрическая пленка наносилась на предварительно сформированный на кремниевой подложке подслой платины. Площадь электродов составляла 2х10–4 см2.

Низкочастотные и высокочастотные ВФХ структур измерялись на автоматизированной экспериментальной установке [2] и RLC Agilent E4980A соответственно. Измерения проводились при комнатной температуре.

Низкочастотная ВФХ МДП-структур измерялась в диапазоне напряжений от –20 В до +20 В со скоростью полевой развертки ||=0.4 В/с. Установлено, что низкочастотная емкость МДП-структур составила 65 – 75 пФ, диэлектрическая проницаемость 55 – 65 соответственно.

Измерена зависимость емкости МДП-структур от частоты. Измерения проведены в диапазоне частот 1 кГц – 1 МГц без напряжения смещения.

Показано, что в диапазоне 1 – 20 кГц емкость МДП-структур не изменяется и находится в пределах 65 – 75 пФ. В диапазоне 20 – 100 кГц емкость круто падает до 20 пФ. В диапазоне 100 кГц – 1 МГц емкость практически не изменяется и остается на уровне 20 пФ.

Для МДМ-структур низкочастотная ВФХ измерялась в диапазоне напряжений от –2 В до +2 В. Скорость полевой развертки составляла ||=8 мВ/с.

Установлено, что низкочастотная емкость МДМ-структур составила 1700 – 1720 пФ, диэлектрическая проницаемость 1920 – 1950 соответственно.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 12–07– 00662–а и 13–07–00782) и Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Основы фундаментальных исследований нанотехнологий и наноматериалов».

Библиографический список 1. Афанасьев М. С., Митягин А. Ю., Чучева Г. В. // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Физика.

2013. Т. 13, вып. 1. С. 7.

2. Гольдман Е. И., Ждан А. Г., Чучева Г. В.// ПТЭ. 1997. №2. С. 110.

Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции молодых ученых БИФУРКАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ОСЦИЛЛЯТОРА ЛАНДАУ–СТЮАРТА С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ М. И. Балакин, В. В. Астахов Саратовский государственный технический университет им. Ю. А. Гагарина E-mail: balakinmaxim@gmail.com.


Изучение особенностей динамики систем с запаздыванием привлекает внимание многих исследователей. Известно, что мультистабильность является одним из характерных явлений в системах с запаздыванием [1,2]. Однако чаще всего в работах, посвященных таким системам, остается нераскрытым вопрос о характерных бифуркационных переходах, в результате которых формируется множество сосуществующих аттракторов в фазовом пространстве системы.

В представленной работе рассматривается механизм формирования развитой мультистабильности в осцилляторе Ландау–Стюарта с запаздыванием.

Будем рассматривать исследуемую систему в виде комплексного дифференциального уравнения первого порядка с отклоняющимся аргументом:

1 a( ) = a( ) + a( d )e i d a( d ), 2 2 8 где a – медленно меняющаяся комплексная амплитуда;

d – время задержки в цепи обратной связи;

– параметр неравновесности, – параметр диссипации.

В работе показано, что в рассматриваемой системе мультистабильность формируется в результате двух типов бифуркаций: суперкритической бифуркации вил и субкритической бифуркации Андронова–Хопфа. При изменении управляющих параметров устойчивое состояние равновесия в начале координат многократно претерпевает суперкритическую бифуркацию вил, в результате чего появляются неустойчивые состояния равновесия.

Устойчивость они приобретают в результате одной или нескольких субкритических бифуркаций Андронова–Хопфа.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 12–02– 012198–а).

Библиографический список 1. Yanchuk S., Perlikowski P. // Phys. Rev. E. 2009. Vol. 79. P. 1–9.

2. Астахов В. В., Балакин М. И. // Вестник СГТУ. 2013. №3, вып 1. С. 24.

34 «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика»

СКАНИРУЮЩАЯ ТУННЕЛЬНАЯ МИКРОСКОПИЯ МОЛЕКУЛ ФТОРИРОВАННЫХ ФУЛЛЕРЕНОВ НА ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНИЯ Р. З. Бахтизин Башкирский государственный университет, Уфа E-mail: bakhtizin.rz@gmail.com Молекулы фторпроизводных фуллеренов используются в органической электронике благодаря своим ярко выраженным электронно–акцепторным свойствам: даже в свободном состоянии они легко захватывают тепловые электроны, образуя долгоживущие отрицательные ионы, диапазон времен жизни которых лежит в диапазоне нескольких секунд. Другая особенность молекул фторфуллеренов – высокий окислительный потенциал, делает возможным их использование в качестве материала электродов для Li-батарей.

Методами сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) и туннельной спектроскопии (СТС) в условиях сверхвысокого вакуума исследованы начальные стадии адсорбции молекул фторированных фуллеренов С60F18 и С60F36 на поверхностях Si(111)–77 и Si(001)–21. СТМ изображения отдельных молекул и результаты первопринципных расчетов полной энергии показали, что полярные молекулы С60F18 взаимодействуют с подложкой, будучи ориентированы атомами F к поверхности [1]. Установлено, что молекулы фторфуллеренов позволяют осуществлять локальную модификацию поверхности Si в нм масштабе путем ее локального травления. Сопоставление экспериментальных и компьютерных СТМ изображений показало, что в процессе исследования наблюдался переход атомов F к поверхности, обусловленный почти двукратным выигрышем в энергии связи фтора с поверхностью Si по сравнению с молекулой С60. Между молекулой С60F18 и поверхностью не наблюдается заметного переноса заряда, а большая энергия связи (~6,65 эВ) является результатом индуцированной поляризации.

СТМ изображения изолированных молекул С60F36 позволили установить присутствие изомеров с различной симметрией: T, C3, C1. Энергетический зазор HOMO–LUMO адсорбированной молекулы С60F36 исследовался методами СТС путем анализа z(V) характеристик, а туннельные спектры снимались над молекулой С3-С60F36. В диапазоне напряжений смещения –2,52,5 В наблюдалось 7 пиков: 3 при отрицательных значениях VS и 4 при положительных;

часть пиков мы приписываем ад-атомам и рест-атомам на поверхности кремния, а оставшиеся – HOMO и LUMO орбиталям адсорбированой молекулы С60F36 [2]. При этом зазор HOMO–LUMO составляет ~3 эВ.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 11–02– 97006–p_поволжье_a).

Библиографический список 1. Bakhtizin R. Z., Oreshkin A. I., Murugan P., Kumar V., Sadowski J. T., Fujikawa Y., Kawazoe Y., Sakurai T. // Chem. Phys. Lett. 2009. Vol. 482. P. 307.

2. Oreshkin A. I., Bakhtizin R. Z., Mantsevich V. N., Oreshkin S. I., Savinov S. V., Panov V. I. // Pis’ma v ZhETF. 2012. Vol. 95. P. 748.

Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции молодых ученых ГЕНЕРАТОР Х-ДИАПАЗОНА С АВТОЭМИССИОННЫМ КАТОДОМ В ФОТОННО-КРИСТАЛЛИЧЕСКОМ РЕЗОНАТОРЕ А. И. Бенедик Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского E-mail: andrej–benedik@yandex.ru В последние годы в связи с развитием технологий вакуумной микроэлектроники появились перспективы создания усилителей и генераторов — миниатюрных аналогов классических приборов вакуумной электроники в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне. В качестве источника электронов в подобных приборах предполагается использовать автоэмиссионные катоды, к достоинствам которых относят компактность и высокую плотность тока. В частности, в работах [1, 2] был предложен генератор на основе диода с автоэмиссионным катодом, помещенного в фотонно-кристаллический резонатор. Фотонный кристалл представляет собой искусственную периодическую структуру из диэлектрических стержней. В кристалле имеется точечный дефект, играющий роль высокодобротного резонатора. В резонаторе возбуждается мода TM110, частота которой находится в полосе непропускания фотонно-кристаллической структуры. Также в кристалле имеется дефект для вывода энергии. Диод состоит из двух металлических пластин – катода и анода, между которыми прикладывается напряжение смещения. На поверхности катода в центре резонатора помещается автоэлектронный эмиттер. Следуя [1,2], будем считать, что эмиттер представляет собой пленку из углеродных нанотрубок (УНТ).

Целью представленной работы является теоретический анализ и численное моделирование генератора, предложенного в работах [1,2]. Был проведен анализ условий самовозбуждения генератора в приближении малого сигнала. Теоретическая оценка показывает, что стартовый ток при оптимальном угле пролета 0 4 3 и анодном напряжении Va = 10 кВ составляет I st 120 мА.

Разработана численная модель генератора, основанная на использовании нестационарной теории возбуждения резонаторов [3–5] и методе «частиц в ячейке» [6] для моделирования динамики электронного потока. Более подробно модель описана в [7]. Было проведено численное моделирование генератора Х– диапазона ( f 10 ГГц), результаты которого показывают возможность достижения достаточно высоких значений выходной мощности P 2 кВт и электронного КПД e 15 % (подробнее см. [7]).

На рисунке 1, a сплошной линией показана граница основной зоны генерации на плоскости (U, J ), где U = Va Va, J = I st I st. Штриховой линией * показана вольтамперная характеристика, кружками — ток катода, усредненный по периоду колебаний. Видно, что зона генерации является достаточно широкой по напряжению. При этом ток катода в рабочей области не превышает 1 А. Если считать, что размеры эмитирующей УНТ-пленки составляют 1 1 см, 36 «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика»

то плотность тока не превышает 1 А/см2. Такие значения плотности тока представляются вполне достижимыми для существующих катодов на УНТ [3].

На рисунке 1, б показаны зависимости тока от времени при различных значениях анодного напряжения. Видно, что благодаря нелинейности вольтамперной характеристики колебания в рабочей области являются сильно несинусоидальными.

Также был рассмотрен вопрос о влиянии пространственного заряда на процесс взаимодействия электронного потока с высокочастотным полем резонатора. Теоретическая оценка и численное моделирование показали, что в Х-диапазоне влиянием статического и динамического пространственного заряда можно пренебречь. Однако при продвижении в область более высоких частот можно ожидать существенного влияния пространственного заряда на процесс группировки электронов, т.к. из-за уменьшения размеров резонатора существенно возрастет плотность тока эмиссии.

Рис. 1. Первая зона генерации (сплошная линия), вольт-амперная характеристика (пунктирная линия) и средний ток катода (кружки) (а), зависимость тока от времени при различных значениях анодного напряжения (б), кВ: Va = 10.01 (1), 10.75 (2), 15.0 (3), 21.7 (4) и 22.2 (5) Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 11–02– 01280).

Библиографический список 1. Han S.-T. // 35th Int. Conf. Infrared Millim. Terahertz Waves. Rome, Italy, 2010.

2. Han S.-T. // J. Korean Phys. Soc. 2011. Vol. 59, № 1. P. 141.

3. Calderon-Colon X., Geng H., Gao D., An L., Cao G., Zhou O. // Nanotechnology. 2009. Vol. 20, P. 325707.

4. Вайнштейн Л. А., Солнцев В. А. Лекции по сверхвысокочастотной электронике. М.: Сов.

радио, 5. Шевчик В. Н., Трубецков Д. И. Аналитические методы расчета в электронике СВЧ. М.: Сов.

радио, 1970.

6. Бэдсел Ч., Ленгдон А. Физика плазмы и численное моделирование / пер. с англ. М.:

Атомиздат, 1989.

7. Бенедик А. И. // Изв. вузов. ПНД. 2012. Т. 20, № 2. С. 63.

Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции молодых ученых ВЛИЯНИЕ НАПОЛНИТЕЛЯ ИЗ НАНОРАЗМЕРНОГО СЕРЕБРА НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АДГЕЗИВНОЙ СИСТЕМЫ Н. О. Бессуднова, Д. И. Биленко, С. Б. Вениг, О. А. Шляпникова Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского Е-mail: nadezda.bessudnova@gmail.com В последние годы ведущими фирмами - производителями стоматологических материалов (3M ESPE, Dentsply, Kerr, Voco, Bisco и др.) разработана отдельная линейка адгезивных систем с наноразмерными наполнителями. Традиционно в качестве наполнителей используются частицы диоксида кремния. Производители заявляют об увеличении силы микромеханического сцепления нанонаполненных адгезивов с твердыми тканями зуба, имеются данные о повышении стабильности и долговечности гибридного слоя адгезивного соединения при использовании нанодисперсного наполнителя [1–3]. Однако степень рентгеноконтрастности разработанных адгезивных систем сравнима с таковой твердых тканей зуба, что не позволяет объективно исследовать особенности адгезивного соединения методами рентгеноспектрального анализа.

Целью настоящего исследования является изучение влияния рентгеноконтрастного наполнителя из наноразмерного серебра на механические характеристики адгезивной системы.

Для создания образцов рентгеноконтрастной адгезивной системы применялась адгезивная система Adper ™ Single Bond 2 (3M ESPE) и коллоидный раствор пвп-стабилизированных наночастиц серебра, синтезированных в ИБФРМ РАН [4]. Весовая доля частиц серебра в этаноле составляла 25 мг/л, средний диаметр частиц – 30–60 нм.

Для исследования поверхностной морфологии и химического состава образцов полимеризованной адгезивной системы с введенными наночастицами использовался аналитический комплекс на базе растрового электронного микроскопа высокого разрешения SEM Mira\\LMU, «TESCAN» c системой энергодисперсионного анализа EDX INCA Energy, «Oxford Instruments».

Измерения механических характеристик образцов при растяжении, а именно предельных значений нагрузки и удлинения при постоянном приращении последнего, а также модуля Юнга, проводились на одноколонной универсальной испытательной машине Instron 3342, «Instron».

Для проведения механических испытаний были изготовлены образцы адгезивной системы в виде тонких пленок с различным процентным содержанием наноразмерного серебра. Введение пвп-стабилизированных наночастиц серебра в адгезивную систему проводилось по схеме, предложенной в [5,6].

Метрические характеристики образцов (длина, ширина, толщина) измерялись в нескольких участках для минимизации погрешности, связанной с неравномерностью площади поперечного сечения образцов.

38 «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика»

Все изготовленные образцы были поделены на четыре группы: первую группу составляли образцы без наполнителя, вторую, третью и четвертую – с 1, 5 и 10% содержанием наночастиц серебра.

На рис. 1 представлены зависимости приложенной нагрузки от относительного удлинения при растяжении для образцов групп 1– 4. При построении графиков исключались участки, связанные с начальным распрямлением образцов без деформации.

а б в г Рис. 1. Зависимости приложенной нагрузки от относительного удлинения образца. Графики а– г соответствуют группам 1– В таблице представлены данные о предельных нагрузках и удлинениях, при которых происходит разрыв, и рассчитаны значения модуля Юнга для образцов всех четырех групп.

Следует сделать несколько замечаний.

1. Исходный материал сам по себе является неоднородным, что иллюстрировано рис. 1, а и данными таблицы.

2. Разброс результатов механических испытаний в пределах каждой группы образцов с одним и тем же содержанием серебра не превосходит отклонений в исходных материалах. При использовании материалов с меньшим разбросом в пределах одной группы образцов наблюдается воспроизводимость.

3. Введение серебра в адгезивную систему порядка 1%, достаточного для придания ей требуемой рентгеноконтрастности, что было показано нами Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции молодых ученых ранее в [5, 6], приводит к увеличению прочности и упругости материала, что отображается в зависимостях значений предельных нагрузок и модуля Юнга от процентного содержания серебра (см. таблицу, рис. 1, б). Дальнейшее увеличение содержания серебра в адгезивной системе приводит к качественному изменению механических свойств. В частности, вид зависимостей нагрузки от относительного удлинения для образцов группы существенно отличается от таковых для групп 1–3. Разрыв образцов полимеризованной адгезивной системы с 10%-ной концентрацией серебра происходит при малых нагрузках (см. рис.1, г), в то время как введение 1% ного серебра приводит к разрыву образцов при нагрузках, сравнимых и выше, чем у образцов без наночастиц (рис. 1, б).

Результаты механических испытаний образцов Образец l/l0 P, MPa P, MPa E, Pa l/l Группа 18,82 18, А 0,038 0,038 586, 6 0,080 10,768 249, B 0,077 0,062 9,581 8,868 250, 0,030 6,256 221, 0,040 3,650 176, C 0,040 3, 0,040 3,228 104, Группа 1 0,060 20,029 522, 2 0,053 0,046 17,560 15,092 395, 3 0,025 7,687 371, Группа 1 0,027 16,384 761, 2 0,089 0,052 14,018 12,727 386, 3 0,040 7,779 231, Группа 1 0,019 2,687 280, 2 0,077 0,037 3,342 2,047 100, 3 0,014 0,111 15, Примечание. l/l0– относительное удлинение образца;

P – предельная нагрузка;

E – модуль Юнга.

Наблюдаемый феномен, по-видимому, можно качественно объяснить следующим образом. При высоком содержании наполнителя в исследуемых образцах происходят разрывы связей филаментов адгезивной системы наночастицами серебра, что схематично представлено на рис. 2, а.

Образующиеся при этом связи между пвп-стабилизированными наночастицами серебра и адгезивом менее прочные. При малых значениях концентрации наноразмерного серебра в образцах величина отношения количества разрывов связей в объеме полимера, образующего адгезивную систему, к количеству связей, образованных между наполнителем и полимером, незначительна (рис. 2, б).

40 «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика»

а б Рис. 2. Адгезивная система с высоким (слева) и низким (справа) процентным содержанием наночастиц серебра. Филаменты адгезивной системы обозначены черным цветом, связи между наночастицами серебра и адгезивной системой – красным Заметим, что такое объяснение не является единственным, возможны и перколяционные изменения в исследуемых образцах [7]. В зависимости от процентного содержания наночастиц в объеме адгезива последние могут образовывать упорядоченные структуры – кластеры, например, в виде цепочек, по которым и происходит разрыв при механическом воздействии на образец (рис. 3).

Рис. 3. Равномерное распределение серебряного наполнителя в адгезиве (слева) и связанные структуры из наночастиц серебра (справа), по которым проходят линии разрыва Дальнейшее детальное исследование позволит выяснить наиболее вероятный механизм.

Следует отметить, что при разработке адгезивной системы с наполнителем из пвп-стабилизированного наноразмерного серебра необходимо также учитывать влияние среды адгезива. Принято считать, что пвп-покрытые наночастицы обладают неравномерным распределением зарядов, что препятствует их агломерации. Однако в адгезивной системе, которая сама по себе является слабополярным органическим соединением, взаимодействие частиц изменяется.

Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции молодых ученых В результате проведенных исследований показано, что механические характеристики адгезивной системы изменяются с ростом концентрации наночастиц серебра неоднозначно. Установлено, что при концентрации серебра порядка 1%, достаточной для сообщения материалу требуемой рентгеноконтрастности, механические свойства находятся вблизи оптимума и выше, чем у адгезивной системы без серебряного наполнителя.

Полученные результаты указывают на возможность использования наноразмерного серебра в качестве наполнителя при разработке рентгеноконтрастных адгезивных систем.

Библиографический список 1. 3M ESPE. Каталог стоматологических материалов. URL :

http://solutions.3m.com/wps/portal/3M/en_US/3M–ESPE–NA/dental– professionals/products/espe–catalog/~/Adper–Single–Bond–Plus– Adhesive?N=5144788+3294768957&rt=rud // [Дата обращения 13.05.2013 ].

2. Dentsply. URL: http://www.dentsply.com/ // [Дата обращения 13.05.2013 ].

3. Tay F., Pashley D. // J. Can. Dent. Assoc. 2003. Vol. 69. № 11. P. 726.

4. Khlebtsov B. N., Khanadeev V. A., Maksimova I. L., Terentyuk G. S., Khlebtsov N. G.

// Nanotechnologies in Russia. 2010. Vol. 5. P. 454.

5. Бессуднова Н. О., Биленко Д. И., Вениг С. Б., Аткин В. С., Захаревич А. М. // Медицинская физика. 2012. Т. 4. С. 71.

6. Bessudnova Nadezda, Bilenko David, Venig Sergey, Atkin Vsevolod, Zakharevich Аndrey.

// SFM 2012: Optical Technologies in Biophysics and Medicine XIV, Proceeding of SPIE. 2013;

8699 (86990I);

DOI: 10.1117/12.2018753.

7. Шкловский Б. И., Эфрос А. Л. // УФН. 1975. Т. 117. С. 401.

42 «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика»

АДДИТИВНОЕ ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРОТОТИПОВ КРИСТАЛЛОФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ДЕНТИНА Н. О. Бессуднова, Т. К. Фролова, С. Б. Вениг, Е. Е. Ципоруха Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского Е-mail: nadezda.bessudnova@gmail.com В настоящее время аддитивное производство (additive manufacturing) или 3D - печать (3D-printing) является одной из наиболее перспективных и быстро развивающихся прикладных отраслей [1]. В настоящей работе технология 3D печати применяется для создания объемных моделей микронных образований, формирующихся на поверхности материала дентина in vitro [2]. 3D-модели могут быть использованы для изучения морфологии образований и исследования процессов регенерации ткани дентина.

Целью данной работы является изготовление прототипов кристаллов фосфатов кальция на поверхности дентина с применением технологии 3D печати.

Для построения объемной модели кристалла фосфата кальция на матрице из дентина использовалась система автоматизированного проектирования Solid Works [3].

Аддитивное изготовление прототипа кристалла проводилось на 3D принтере Object Eden 350V, «Objet Geometries Ltd». Принцип действия принтера основан на технологии PolyJet, заключающейся в отвердевании полимера под действием ультрафиолетового излучения. Используемая технология позволяет воспроизводить мелкие детали с высокой точностью, получать гладкую поверхность прототипа, а также дает возможность применять широкий спектр материалов с различными характеристиками [4].



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
 

Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.