Анотація до роботи:

Роїк О.С. Експериментальне дослідження та аналіз структури металічних розплавів методами оберненого Монте Карло та Вороного-Делоне. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.04 - фізична хімія. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка.

Дисертація присвячена дослідженню структури одно- та двохкомпонентних металічних розплавів. Запропонована та реалізована методика дослідження структури невпорядкованих систем на основі моделей, реконструйованих з експериментальних структурних факторів за допомогою методу оберненого Монте Карло з її подальшим аналізом методом Вороного-Делоне.

За допомогою розробленого комплекту програм детально проаналізовано пакування атомів у рідких Fe, Co, Ni, Ag, Cu, Na, K, Ga, Sn та Ge в широкому температурному інтервалі. Встановлено, що структура металів, які в кристалічному стані мають щільне пакування атомів, формується на основі некристалічних пакувань слабодеформованих тетраедрів та четвертинок октаедрів (квартоктаедрів), що утворюють кластери нанометрового розміру, котрі розмежовуються областями з менш щільним пакуванням атомів. Структура рідких Ga, Sn, Ge, які в кристалічному стані характеризуються наявністю ковалентного зв’язку є мікронеоднорідною, що обумовлено співіснуванням мікрообластей з металічним зв’язком та зв’язком ковалентного типу. Останні обумовлюють наявність побічного максимуму на кривих структурного фактору та більш рихле пакування атомів в рідких Ga, Sn, Ge.

Проведено детальний аналіз локальної структури атомів в розплавах Co-Si з вмістом 10, 23.6, 33.3, 39.7, 50, 61.8, 66.7, 76, 90 ат % Si за результатами проведеного рентгенодифракційного експерименту з використанням MoK-випромінювання. Показано, що енергетика міжатомної взаємодії та фізико-хімічні властивості розплавів визначаються наявністю вкорочених зв’язків ковалентного типу між атомами кремнію, а також між атомами кобальту та кремнію.

1. Запропонована та реалізована для одно- та двохкомпонентних металічних розплавів комплексна методика статистично-геометричного аналізу локальної атомної структури з використанням структурних моделей реконструйованих із даних дифракційного експерименту.

2. Встановлено, що в рідких металах із щільним пакуванням атомів в твердому стані структурними елементами є слабодеформовані тетраедри та квартоктаедри, які утворюють некристалічні кластери нанометрового розміру. Наявність п’ятикутних граней в ПВ обумовлена існуванням в розплавах п’ятичленних тетраедричних кілець.

3. Структура рідких металів Ga, Sn, Ge, які в кристалічному стані характеризуються ковалентністю в міжатомному зв’язку, може бути охарактеризована, як мікронеоднорідна, що визначається співіснуванням атомів із металічним зв’язком та зв’язком ковалентного типу. Наявність останнього обумовлює існування напливу на першому максимумі структурного фактору. Щільність пакування атомів в рідкому стані зменшується в ряду Ga, Sn, Ge.

4. Проведене рентгенодифракційне дослідження структури розплавів системи Co-Si в поєднані із запропонованою методикою встановило наявність в розплавах значної частки ковалентно зв’язаних атомів кремнію, які, поряд із зв’язками Co-Si, визначають енергетику міжатомної взаємодії та фізико-хімічні властивості розплавів.

5. При послідовному переході від розплавів Co-Si до Co-Ge та Co-Sn зростає пріоритетність взаємодії між різносортними атомами та атомами кобальту на фоні ослаблення взаємодії між атомами кремнію, германію та олова, відповідно, в області із вмістом цих компонентів від 0 до 50 ат. %.

Основні результати дисертації опубліковано в таких роботах:

1. Казимиров В.П., Смык С.Ю., Сокольский В.Э., Роик А.С., Ялтанский С.П. Моделирование структуры жидких олова и германия. Металлы. - 2000. - № 1. - С. 30-35.

Здобувачем було проведено рентгенодифракційне дослідження розплавів олова. Отримано криві структурних факторів та радіального розподілу атомів.

2. Роик А.С., Казимиров В.П., Сокольский В.Э. Исследование локальной структуры жидких металлов с помощью обратного метода Монте-Карло и метода многогранников Вороного. Металлы. - 2002. - № 5. - С.18-24.

Здобувачем було здійснено реконструкцію моделей рідких металів з експериментальних даних за допомогою методу оберненого Монте Карло. Розроблено комплект програм для дослідження модельних конфігурацій за допомогою метричних та топологічних характеристик поліедрів Вороного.

3. Казимиров В.П., Роик А.С., Сокольский В.Э. Анализ локальной структуры расплавов Co_33,3Ge_66,7 и Fe_33,3Ge_66,7 с использованием обратного метода Монте-Карло. Металлы. - 2002. - № 5. - С.12-17.

Здобувачем було здійснено реконструкцію моделей розплавів складу Co_33,3Ge_66,7 і Fe_33,3Ge_66,7 за допомогою методу оберненого Монте Карло. Проведено детальний аналіз локального впорядкування атомів у цих моделях.

4. Казіміров В.П., Роїк О.С., Сокольський В.Е., Смик С.Ю. Аналіз локальної структури невпорядкованих систем з використанням методів оберненого Монте-Карло та Вороного-Делоне. Укр.хім. журнал. - 2003. - Т.69, № 5-6. - С. 93-102.

Здобувачем було розроблено комплект програм для дослідження модельних конфігурацій однокомпонентних та багатокомпонентних розплавів за допомогою перколяційного дослідження сітки, яка складається із симплексів Делоне.

5. Роїк О.С. Метод RMCa в аналізі структури рідких металів та сплавів. Збірка тез доповідей першої всеукраїнської конференції студентів та аспірантів “Сучасні проблеми хімії”, 18-19 травня, 2000, Київ, Україна, С. 116.

Здобувачем було здійснено реконструкцію моделей рідких металів та проведено аналіз локальної структури атомів у них.

6. Роїк О.С. Моделювання та аналіз структури розплавів металів за допомогою методу оберненого Монте-Карло. Тези доповідей міжнародної конференції студентів та молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики “ЕВРІКА-2001”, 16-18 травня, 2001, Львів, Україна, С. 212.

Здобувачем було здійснено реконструкцію моделей рідких металів та проведено аналіз локальної структури атомів у них.

7. Роїк О.С. Застосування методу Вороного-Делоне для аналізу моделей невпорядкованих систем. Збірка тез доповідей другої всеукраїнської конференції студентів та аспірантів “Сучасні проблеми хімії”, 17-18 травня, 2001, Київ, Україна, С. 109.

Здобувачем було здійснено реконструкцію моделей рідких металів. На основі створеного комплекту програм було здійснено аналіз метричних та топологічних характеристик поліедрів Вороного для цих моделей.

8. Kazimirov V.P., Roik O.S. Statistic-geometrical analysis of local structure of metallic melts. Тези конференції “International Conference Physics of Liquid Matter: Modern Problems”, 14-19 вересня, 2001, Київ, Україна, С. 20.

Здобувачем було створено комплект програм для аналізу локальної структури за допомогою методу Вороного-Делоне.

9. Kazimirov V.P., Roik O.S. The analysis of local structures of liquid FeGe2 and CoGe2 by means of RMC and Voronoi-Delone methods. Abstracts 6-th international School-Conference “Phase Diagrams in Materials Science”, October 14-20, 2001, Kyiv, Ukraine, P. 169.

Здобувачем були проведено моделювання бінарних розплавів та створено пакет програм для аналізу локальної структури моделей двохкомпонентних систем.

10. Sokols’kii V.E., Kazimirov V.P., Kuzmenko V.G., Roik O.S. The basicity of the component oxide melting systems. Abstracts 6-th international School-Conference “Phase Diagrams in Materials Science”, October 14-20, 2001, Kyiv, Ukraine, P. 60.

Здобувач брав участь в проведенні рентгенодифракційного експерименту та в обговоренні результатів.

11. Роик А.С., Казимиров В.П. Анализ локальной структуры металлических расплавов методами RMC и Вороного-Делоне. Труды 10 российской конференции “Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов”, том 1, Теоретическое изучение металлических и оксидных расплавов, 26-29 ноября, 2001, Екатеринбург, Россия, С.16-19.

Здобувачем було отримано моделі розплавів та здійснено аналіз закономірностей пакування атомів в отриманих моделях.

12. Роїк О.С. Перколяційний аналіз розбиття Делоне, як метод аналізу невпорядкованих систем. Збірка тез доповідей третьої всеукраїнської конференції студентів та аспірантів “Сучасні проблеми хімії”, 16-17 травня 2002, Київ, Україна, С. 162-163.

Здобувачем було створене програмний пакет для аналізу структури металів на середніх масштабах за допомогою перколяції на сітці Вороного.

13. Казіміров В.П., Роїк О.С., Сокольський В.Е. Метод Вороного-Делоне в аналізі структури невпорядкованих систем. Фізико-хімія конденсованих систем і міжфазних границь: Збірник наукових праць. - Київ: Видавничо-поліграфічний центр “Київський університет”, 2003, С. 52-57.

Здобувачем було розроблено алгоритми аналізу пакування атомів у моделях розплавів. Проведено детальне дослідження пакування атомів у рідких металах.

14. V.P. Kazimirov, O.S. Roik, V.E. Sokol’skii. The structure of liquid metals. Тези конференції “Second International Chemistry Conference Toulouse-Kiev 2003”, 2-3 червня, 2003, Тулуза, Франція, P.19.

Здобувачем було здійснено аналіз пакувань атомів у моделях розплавів металів.