Быстрый джоулев нагрев аморфных углеродных пленок, сформированных осаждением в плазме метана, производился электрическим разрядом батареи конденсаторов общей емкостью 180 мФ, заряженных до напряжения от 100 до 300 В. Для исследований привлечены методы спектроскопии комбинационного рассеяния света, сканирующей электронной микроскопии, рентгеновской энергодисперсионной спектроскопии и вольт-амперных характеристик. В спектрах комбинационного рассеяния света образцов после джоулева нагрева отчетливо проявляются G-, 2D- и D-пики, характерные для графеновых структур с sp2-гибридизированными связями. Анализ спектров показал, что отношение интенсивностей 2D- и G-пиков и D- и G-пиков свидетельствует о высоком качестве формируемых чешуек плоских структур турбостратного графена. Наиболее эффективным, с точки зрения формирования однослойных графенов, оказался джоулев, проведенный в результате протекания через углеродную пленку тока разряда конденсаторов, заряженных до напряжения U=160 В. Методами электронной микроскопии установлено, что быстрый термический нагрев при электрическом разряде приводит к значительной трансформации состояния атомарно-гладкой поверхности аморфной углеродной пленки. В результате на поверхности образуются сферические частицы размерами около 1 мкм, которые имеют зернистую структуру с размерами зерен около 100 нм. С другой стороны, сферические частицы собираются в агломерации размерами до нескольких единиц микрометров. Элементный анализ, проведенный методом энергодисперсионной спектроскопии, помимо углерода, показал высокое содержание кислорода в сферических частицах. Наиболее вероятной причиной данного явления может являться поглощение кислорода сформированными графеновыми чешуйками. Исследования смачиваемости поверхности образцов до и после джоулева нагрева показали повышение гидрофобности. Причиной возникновения водоотталкивающих свойств может являться "эффект лотоса", вызванный формированием сферических частиц размерами до 1 мкм и их более крупных конгломератов на поверхности пленки. Обнаружено кардинальное уменьшение электрического сопротивления исходной аморфной пленки от значений, соответствующих изолятору (R > 1 ТОм), до единиц кОм на квадрат поверхности. Увеличение электропроводности объясняется переходом углерода из аморфного состояния в электропроводящую графеноподобную структуру.
Fast Joule heating of amorphous carbon films formed by deposition in methane plasma was performed by electric discharge of a capacitor bank with a total capacity of 180 mF charged to a voltage of 100 to 300 V. The methods of Raman spectroscopy, scanning electron microscopy, X-ray energy-dispersive spectroscopy and current-voltage characteristics were used for the study. The Raman spectra of the samples after fast Joule heating clearly show G-, 2D- and D-peaks characteristic of graphene structures with sp2-hybridized bonds. Analysis of the spectra showed that the intensity ratio of the 2D- and G-peaks and the D- and G-peaks indicates a high quality of the formed flakes of turbostratic graphene structures. The most effective, in terms of the formation of single-layer graphenes, was fast Joule heating, carried out as a result of the discharge current of capacitors charged to a voltage of U = 160 V. Electron microscopy methods have established that fast thermal heating during electric discharge leads to a significant transformation of the state of the atomically smooth surface of the amorphous carbon film. As a result, spherical particles of about 1 μm in size are formed on the surface, which have a granular structure with grain sizes of about 100 nm. On the other hand, spherical particles are collected in agglomerations of up to several micrometers in size. Elemental analysis carried out by energy-dispersive spectroscopy, in addition to carbon, showed a high oxygen content in spherical particles. The most likely cause of this phenomenon may be the absorption of oxygen by the formed graphene flakes. Studies of the wettability of the surface of the samples before and after Joule heating showed an increase in hydrophobicity. The reason for the emergence of water-repellent properties may be the “lotus effect” caused by the formation of spherical particles up to 1 μm in size and their larger conglomerates on the film surface. A radical decrease in the electrical resistance of the original amorphous film from values corresponding to an insulator (R> 1 TΩ) to units of kΩ per square of surface was found. The increase in electrical conductivity is explained by the transition of carbon from an amorphous state to an electrically conductive graphene-like structure.

Монография посвящена изложению методов решения обратных задач для математических моделей, описываемых обыкновенными дифференциальными уравнениями и уравнениями в частных производных параболического и гиперболического типов. Изложение ведется на примере математических моделей гидравлики. Особое внимание уделено выводу соответствующих уравнений и замыкающих феноменологических соотношений, содержащих эмпирические коэффициенты. Методы, в которых используются современные алгоритмы вычислительной математики, разработаны, главным образом, авторами монографии

В статье рассмотрены отбитые горные породы при определенной (критической) влажности в условиях отрицательных температур смерзаются в прочный монолит. Случаи смерзания неоднократно наблюдались практически на всех рудниках зоны распространения многолетней мерзлоты, как правило, эксплуатируемых с естественным тепловым режимом.

В статье приведены результаты исследований влияния температуры и влагосодержания воздуха на процессы конденсации влаги и смерзания отбитой руды в очистных блоках рудников криолитозоны. Показано, что интенсивность льдонакопления в пустотах блока возрастает с увеличением разности температур рудничного воздуха и поверхности кусков мёрзлой руды, а также с ростом относительной влажности рудничного воздуха.

В работе представлено получение углеродных порошков, содержащих графеновые чешуйки. Синтез проводился методом быстрого джоулева нагрева смеси мелкодисперсного порошка полипропилена и технического углерода при соотношении 1:1. Для проведения процесса разработан и сконструирован экспериментальный макет установки, основой которого являются конденсаторный блок с общей емкостью 32 мФ и индуктор номиналом 24 мГн. Расчетная температура синтеза составила до 2200 °С при длительности около 32 мс. Для использования в качестве пропитывающего состава для стекловолокон был приготовлен раствор, включающий коллоидную дисперсию эпоксидной смолы, аминный отвердитель в смеси деионизированной воды и этилового спирта в отношениях 4 : 0,6 : 10 и 1 масс. % полученного углеродного порошка и технического углерода. Из исследований спектров комбинационного рассеяния света и оптической плотности в УФ-диапазоне следует, что синтезированные углеродные порошки содержат графеновые чешуйки с латеральными размерами до 13 нм. Элементный анализ показыает, что в пропитанном волокне наблюдается значительное повышение содержания атомов углерода по сравнению с исходным стекловолокном. Электрические измерения температурных зависимостей вольт-амперных характеристик показали наличие электропроводности при низких температурах, соответствующей сопротивлению до 8 МОм/кв. В перспективе, электрическая проводимость может быть повышена за счет повышения мощности разряда. Разработанный макет установки для проведения быстрого джоулева нагрева обладает потенциалом внедрения в область рациональной переработки пластиковых отходов. Полученные углеродные порошки могут выступать в качестве модифицирующих добавок для стекловолокна, используемых для создания стеклофибробетонов.
The present study outlines the synthesis of carbon that include graphene flakes. The production process employed rapid Joule heating of a mixture consisting of finely dispersed polypropylene powder and carbon black in a 1:1 ratio. An experimental model of the installation was developed and constructed, based on a capacitor bank with a total capacitance of 32 mF and an inductor with a nominal value of 24 mH for production purposes. A solution was prepared that included a colloidal dispersion of epoxy resins, an amine hardener in a mixture of deionized water and ethyl alcohol in a ratio of 4:0.6:10, along with 1 wt. % of the resulting carbon powder and carbon black, to be used as an impregnating compound for glass fibers. The estimated synthesis temperature reached up to 2200 °C, with a duration of approximately 32 ms. Studies of Raman spectra and optical density in the UV range indicate that the synthesized carbon powders contain graphene flakes with lateral dimensions of up to 13 nm. The results of elemental analysis reveal a significant increase in the carbon atom content in the impregnated fiber compared to the original glass fiber. Electrical measurements of the temperature dependence of the current-voltage (C-V) characteristics demonstrated the presence of electrical conductivity at low temperatures, corresponding to a resistance of up to 8 MΩ/sq. In the future, electrical conductivity may be enhanced by increasing the discharge power. The developed configuration for fast Joule heating has the potential to be integrated into the field of efficient recycling of plastic waste. The resulting carbon powders can serve as modifying additives for glass fiber used in the production of fiberglass concretes.

Миграция точечных дефектов в металлах способствует переносу массы и энергии при пластической деформации, термообработке, облучении и т. д. В связи с этим изучение таких физических процессов нелинейной динамики кристаллической решетки металлов является актуальной задачей. В данной работе исследуется динамика 2-краудиона и процессы переноса энергии в вольфраме, направленные на понимание механизмов формирования дефектов и диссипации энергии в условиях экстремальных температур и давления. Известно, что кристаллические решетки под внешним воздействием накапливают большое количество дефектов, таких как вакансии, дислокации, границы зерен. Все эти дефекты создают поля внутренних напряжений, которые будут влиять на динамику краудионов. С использованием метода молекулярно-динамического моделирования и модели погруженного атома было изучено распространение 2-краудионов в трехмерной структуре. Основные результаты показывают, что формирование 2-краудионов происходит при критических значениях энергии возбуждения и зависит от начальной конфигурации системы, где 2-краудионы инициируют цепные процессы переноса энергии по атомной решетке. Выявлено, что глубина прохождения 2-краудиона линейно зависит от величины начальной энергии. Полученные пространственно-временные характеристики распределения энергии демонстрируют роль 2-краудионов в локальной концентрации энергии и последующей ее передаче через атомные связи, что приводит к образованию точечных дефектов. Эти результаты важны для проектирования новых радиационно-стойких материалов, поскольку помогают предсказать устойчивость материала к высокоэнергетическим воздействиям. Работа вносит вклад в понимание физических основ диссипации энергии и поведения дефектов в тугоплавких материалах, применимых в условиях термоядерного синтеза и других высокотемпературных процессов.
The migration of point defects in metals contributes to the transfer of mass and energy during plastic deformation, heat treatment, irradiation, etc. In this regard, the study of such physical processes of nonlinear dynamics of the crystal lattice of metals is an urgent task. In this paper, the dynamics of 2-crowdion and the processes of energy transfer in tungsten are studied, aimed at understanding the mechanisms of defect formation and energy dissipation under extreme temperatures and pressures. It is known that crystal lattices accumulate a large number of defects under external influence, such as vacancies, dislocations, and grain boundaries. All these defects create internal stress fields that will affect the dynamics of crowdions. Using the methods of molecular dynamic modeling and embedded atom model, the propagation of 2-crowdions in a three-dimensional structure was studied. The main results show that the formation of 2-crowdions occurs at critical values of the excitation energy and depends on the initial configuration of the system, where 2-crowdions initiate chain processes of energy transfer through the atomic lattice. It is revealed that the depth of passage of the 2-crowdion linearly depends on the magnitude of the initial energy. The obtained spatiotemporal characteristics of the energy distribution demonstrate the role of 2-crowdions in the local concentration of energy and its subsequent transfer through atomic bonds, which leads to the formation of point defects. These results are important for the design of new radiation-resistant materials, as they help predict the material’s resistance to high-energy influences. The work contributes to the understanding of the physical foundations of energy dissipation and the behavior of defects in refractory materials used in thermonuclear fusion and other high-temperature processes.

Неудачные попытки извлечь энергию вращения Земли методами униполярной индукции, проведенные в последнее время, свидетельствуют об актуальности дальнейшего исследования униполярной индукции. Из специальной теории относительности следует, что взаимодействие электрического заряда и магнита при неускоренном движении зависит только от их относительной скорости. Электродвижущая сила униполярной индукции в замкнутой электрической цепи зависит только от относительного вращения магнита и подключенного через скользящие контакты вольтметра. Для того чтобы выяснить, является ли электрическое поле, возникающее при вращении магнита в инерциальной системе отсчета или в системе отсчета, вращающейся в магнитном поле, результатом абсолютного или относительного вращения, нужно это поле измерить. Для этой цели в работе предложен эксперимент с относительным вращением кольцевого магнита и цилиндрического конденсатора. Конденсатор постоянно подключен через скользящие контакты к электрометру. При вращении магнита или конденсатора электрометр регистрирует разность потенциалов на конденсаторе. Измерения показали, что разность потенциалов на конденсаторе не зависит от того, вращается ли конденсатор при неподвижном магните или вращается магнит при неподвижном конденсаторе. Она близка к нулю, когда конденсатор вращается вместе с магнитом. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что взаимодействие электрического заряда и магнита в нерелятивистском случае зависит от их относительной скорости вращения. Это взаимодействие описывается формулой Лоренца.
The recent failure of attempts to extract the rotational energy of the Earth by unipolar induction methods suggests a need for further research on unipolar induction. It is implied by the special relativity theory that the interaction of electric charge and magnet in unaccelerated motion depends only on the relative rate. The electromotive force of unipolar induction in a complete electrical circuit depends only on the relative rotation of the magnet and the connected through slide contacts voltmeter. To ascertain if the electric field resulting from the magnet’s rotation in an inertial frame of reference or in a frame of reference rotating in a magnetic field is the result of absolute or relative rotation, it is necessary to measure the field. For this purpose, the paper introduces the experiment with the relative rotation of a ring-shaped magnet and a cylindrical capacitor. The capacitor is permanently connected through sliding contacts to the electrostatic meter. The electrostatic meter detects the potential difference on the capacitor while the magnet or capacitor is being rotated. The measurements showed that the potential difference on the capacitor is depends not on the capacitor rotating in case of a stationary magnet or a magnet rotating while the capacitor is stationary. It is close to zero when the capacitor rotates with the magnet. According to the research results, the interaction of the electric charge and magnet in the nonrelativistic case depends on the relative rotation rate. This interaction is described by the Lorentz formula.