Анотація до роботи:

Богатиренко С.І. Плавлення – кристалізація та дифузійна активність в шаруватих плівкових системах Al/M/Al та Ge/M/Ge (M = In, Sn, Bi, Pb). – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. – Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Харків, 2005.

Проведені комплексні дослідження температури плавлення, переохолодження при кристалізації рідкої фази і дифузійної активності в нанодисперсних шаруватих плівкових системах, що формуються при послідовній конденсації компонентів при випаровуванні їх із незалежних джерел. Встановлено, що температура плавлення плівки легкоплавкого компонента (In, Sn, Bi, Pb), що знаходиться між товстими плівками більш тугоплавкого компонента (Al, Ge), знижується зі зменшенням її товщини. У межах геометричної термодинаміки це зниження температури плавлення пояснено еволюцією фазової діаграми компонентів контактуючих шарів з урахуванням ролі міжфазної поверхневої енергії, коли один із компонентів знаходиться в нанодисперсному стані.

Показані ефективність використання шаруватих плівкових систем на прикладі системи Al/Bi/Al для визначення граничних переохолоджень при кристалізації рідкої фази на основі легкоплавкого компонента, який знаходиться в контакті з тугоплавким, та стабільність величини переохолодження в цій системі при багаторазових циклах нагрівання – охолодження.

Показано, що в нанодисперсних шаруватих плівкових системах Cu-Au, отриманих шляхом послідовної конденсації, незалежно від порядку конденсації компонентів при таких малих розмірах частинок, коли основна частка речовини плівки припадає на поверхневі і приповерхні атоми, уже при кімнатній температурі підкладки відбувається формування сплаву. При цьому ефективний коефіцієнт дифузії перевищує відомі значення для масивних зразків системи Cu-Au на 10–12 порядків, що зумовлено визначальною роллю вакансій на границі та у приграничних областях контактуючих шарів.

У дисертації вирішена наукова задача, що стосується встановлення характеру розмірної зміни температур фазових переходів плавлення – кристалізація і дифузійної активності в шаруватих плівкових системах Al/M/Al і Ge/M/Ge (M = In, Sn, Pb, Bi), компоненти яких мають фазові діаграми евтектичного типу.

Основні наукові і практичні результати роботи такі:

1. Встановлено, що температура плавлення тонких плівок легкоплавкого компонента (In, Sn, Bi, Pb), що знаходиться між товстими плівками більш тугоплавкого компонента (Al, Ge), зменшується зі зменшенням їх товщини. Це зменшення температури плавлення пояснено у межах геометричної термодинаміки еволюцією фазової діаграми компонентів контактуючих шарів, коли один із компонентів знаходиться в нанодисперсному стані.

2. Показана ефективність застосування шаруватих плівкових систем на прикладі системи Al/Bi/Al для визначення граничних переохолоджень при кристалізації рідкої фази на основі легкоплавкого компонента, що знаходиться в контакті з тугоплавким компонентом, коли вони утворюють фазову діаграму евтектичного типу при практично повній нерозчинності у твердому стані і необмеженій розчинності в рідкому (або при наявності області незмішуваності), і відповідність цих переохолоджень величинам, отриманим при послідовній конденсації легкоплавкого компонента на підкладку з тугоплавкого з градієнтом температури.

3. Виявлено, що в нанодисперсних шаруватих плівкових системах Cu-Au, які отримані шляхом послідовної конденсації, незалежно від порядку конденсації компонентів при таких малих розмірах частинок, коли основна частина речовини плівки припадає на поверхневі і приповерхневі атоми, навіть якщо підкладка знаходиться при кімнатній температурі, відбувається формування сплаву. Оцінки показують, що ефективний коефіцієнт дифузії при цьому перевищує відомі значення для масивних зразків системи Cu-Au на 10–12 порядків.

4. На підставі аналізу існуючих даних стосовно розмірного зниження температури плавлення та зменшення параметру ґратки показано, що суттєве збільшення дифузійної активності в наночастинках та в шаруватих нанодисперсних плівках зумовлюють, в першу чергу, поверхневі та приповерхневі вакансії.

Публікації автора:

1. Гладких Н.Т., Богатыренко С.И. Межфазная поверхностная энергия кристалл – собственный расплав для некоторых металлов // Вісник ХДУ, серія "Фізика". – 1998. – № 417. – С. 51–53.

2. Температура плавления в слоистой пленочной системе Al/In/Al / С.И. Богатыренко, Н.Т. Гладких, А.П. Крышталь, А.А. Филиппов // Вісник ХНУ, серія "Фізика". – 2000. – Вип. 4, № 476. – С. 184–187.

3. Зависимость коэффициента диффузии в малых частицах от их размера / С.И. Богатыренко, Н.Т. Гладких, А.П. Крышталь, А.А. Филиппов // Известия РАН. Серия физическая. – 2002. – Т. 66, № 1. – С.120–123.

4. Богатыренко С.И., Гладких Н.Т., Крышталь А.П. Понижение температуры плавления с уменьшением толщины пленок Bi, In, Pb и Sn в Al – матрице // Физическая инженерия поверхности. – 2003. – Т. 1, № 1. – C. 82–88.

5. Melting point lowering of thin metal films (Me = In, Sn, Bi, Pb) in Al/Me/Al film system / N.T. Gladkikh, S.I. Bogatyrenko, A.P. Kryshtal, R. Anton // Applied Surface Science. – 2003. – V. 219, № 3–4. – P. 338–346.

6. Supercooling upon Crystallization in Layered Al/Bi/Al Film System / S.I. Bogatyrenko, A.V. Voznyi, N.T. Gladkikh, A. P. Kryshtal // The Physics of Metals and Metallography. – 2004. – V. 97, No. 3. – P. 273–281.

7. Changes in melting temperature of Al/In/Al layered film / S.I. Bogatyrenko, N.T. Gladkikh, A.P. Kryshtal, A.A. Philippov // Thesis of IX International Workshop "Ion Beam Surface Diagnostics". – Zaporizhzhya: ZISMG. – 2000. – P.28.

8. Изменение температуры плавления в слоистой пленочной системе Sn–Al / С.И. Богатыренко, Н.Т. Гладких, А.П. Крышталь, В.Н. Сухов // Материалы 5-й Международной конференции "Физические явления в твердых телах". – Харьков: ХНУ им В.Н. Каразина. – 2001. – С. 81.

9. Понижение температуры плавления тонких металлических (Me = In, Sn, Bi, Pb) пленок в слоистых пленочных системах Al/Me/Al / С.И. Богатыренко, Н.Т. Гладких, А.П. Крышталь, А.А. Филиппов // Материалы VIII Международной конференции по физике и технологии тонких пленок. – Ивано-Франковск. – 2001. – С. 42.

10. Melting point lowering of thin metal films (Me = In, Sn, Bi, Pb) in Al/Me/Al multilayer film system / A. P. Kryshtal, R. Anton, N.T. Gladkikh, S.I. Bogatyrenko. – Deutsche Physikalische Gesellschaft // Germane, Regensburg. – 2002. – P. 335.

11. Богатыренко С.И., Гладких Н.Т., Крышталь А.П. Размерная зависимость температуры плавления и переохлаждение при кристаллизации в слоистых пленочных системах Al/Me/Al (Me = In, Sn, Bi, Pb) // Материалы 6-й Международной конференции "Физические явления в твердых телах" – Харьков: ХНУ им. В.Н. Каразина. – 2003. – С. 22.

12. Понижение температуры плавления и переохлаждения при кристаллизации в слоистых пленочных системах / С.И. Богатыренко, Н.Т. Гладких, А.П. Крышталь, В.Н. Сухов // Материалы V Международной конференции "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении". – Воронеж: ВГТУ. – 2004. – С. 141.

13. Зниження температури плавлення та стабільність переохолодження в шаруватих плівкових системах Al/Me/Al та Ge/Me/Ge (Me = In, Sn, Bi, Pb) / М.Т. Гладких, С.І. Богатиренко, О.П. Кришталь, В.М. Сухов // Міжнародна наукова конференція "Каразінські природознавчі студії". – Харків: ХНУ ім. В.Н. Каразіна. – 2004. – С. 77.