|
Суббота, 20.04.2024, 14:22 Приветствую Вас Гость | Регистрация | Вход |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Welcome to website of Dr. Aram Shirinyan | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
SELECTED KEY PUBLICATIONS (topically)PDF versions of papers may be conferred by Dr. A.Shirinyan to colleagues working in the materials science field Topic 1 Nano-modification of atomic hypothesis for nano-materials 1. Shirinyan A., Bilogorodskyy Yu. Atom-atom interactions in continuous metallic nanofilms // Physics of Metals and Metallography. - 2012. – Vol.13, № 9. – P. 823-830. - to access the article >>> Physical reasons of the existence of the nanosystem size dependence of the potential energy of the neighboring atoms are considered, and a thermodynamic validation of this dependence is given. Solid nanofilms of monoatomic metallic systems having an fcc structure are simulated by the molecular statics method with the Morse and Sutton–Chen potentials. In Ukrainian: 2. Шірінян А. С. Білогородський Ю. С. Оцінка
впливу розміру металевої наносистеми на енергію міжатомної взаємодії // Вісник КНУ імені Тараса Шевченка: Серія фіз-мат. науки, Сформульовано атомну гіпотезу для нанокристалічних
матеріалів: «якщо змінюється характерний розмір кристалічної наносистеми, то відбувається перерозподіл положень атомів в решітці як на поверхні так і в
об’ємі наноматеріалу і змінюється потенційна енергія взаємодії атома з сусідніми
атомами», обґрунтовано залежності величини усередненої енергії взаємодії атома з найближчими сусідами в об’ємі наноплівки та наномасштабного матеріалу за
нульової температури від їх розміру і доведено, що це зумовлено колективними
ефектами взаємодії атомів. Розрахунки для нульових температур
виявляють розмірний ефект для енергії, що припадає на внутрішній атом суцільної
плівки, в інтервалі від 2 нм до 50 нм і дають змогу в першому
наближенні записати гіперболічну залежність між енергією взаємодії найближчих
атомів і характерним розміром дисперсного матеріалу. З одного боку, результати слугують
обґрунтуванням зміни швидкості дифузійних процесів в нанодисперсних матеріалах. З іншого боку, розрахунок положень кривих фазових діаграм нанодисперсних матеріалів у твердих станах потребує використання розмірно-залежних енергій взаємодії атомів в потенціалі Гіббса на атом, що
забезпечує задовільну точність таких діаграм останніми експериментальними
даними, дає змогу спрогнозувати граничні розчинності компонентів, температури
перетворення. Здійснено апробацію такого методу для діаграм бінарних суцільних
плівок твердих наносистеми Bi-Sn. Topic 2 Reactive nano-diffusion in nano-materials 3. Shirinyan A. S. Reactive Diffusion in a Binary Solid State Nanosystem. // Physics of the Solid State. – 2010. – Vol.52, №6 – P. 1267-1275. - to access the article >>> In these works for the first time, best to our knowledge, the size dependence of diffusion coefficient of atoms in nanomaterials is substantiated from microscopic as well as phenomenological points of view. It is shown that depending on the type of diffusion coefficient dependence on the size of new nanophase layer the phase formation rate exponent can change nonmonotonically. In Ukrainian: 4. Шірінян А. С. Білогородський Ю. С. Вплив розмірної залежності коефіцієнту гетеродифузії на ріст нанофази в бінарній твердофазній системі // Металлофизика и Новейшие Технологии/ Сформульовано та обґрунтовано фундаментальну ідею того, що дифузія і швидкості перетворень у наносвіті відрізнятимуться від відповідних у макросвіті оскільки у наносвіті, по-перше, все головне відбувається на поверхні або міжфазних нанорозмірних прошарках, по-друге, взаємодія і відповідно енергії активації дифузії атомів змінюються. Аргументовано теоретично і виконано кількісні розрахунки розмірної залежності коефіцієнтів дифузії атомів у твердих нанодисперсних матеріалах, зумовленої зміною енергії активації дифузійного стрибка з характерним розміром наномасштабної структури наноматеріалу. Розв’язано наукову проблему теоретичного опису реакційної дифузії з ростом нової двокомпонентної проміжної наномасштабної фази на контакті двох однокомпонентних твердих матеріалів та розраховано кореляції між товщиною нової нанофази та кінетичними коефіцієнтами, які в результаті виявляють немонотонні режими зміни показника часового росту нової нанофази на початкових стадіях реакційної дифузії. Topic 3 Size-dependent thermal hysteresis of first order phase transitions in changing external fields 5. Shirinyan A. S., Bilogorodskyy Y. S. Size-induced thermal thermodynamic hysteresis in nanopowder undergoing structural transitions – from particular case to general behaviour // Journal of Phase Transitions. 2009. Vol. 82, №7. P. 551-565. 6. Shirinyan A. S. Bilogorodskyy Y. S., Wilde G., Schmelzer J. W. P. Size-dependent hysteresis and phase formation kinetics during temperature cycling of metal nanopowders // Journal Physics: Condenced Matter. 2011. Vol. 23. P. 245301 (1-6). We present a description of the evolution of a polymorphically transforming metal nanoparticle ensemble subjected to a temperature cycling with constant rates of temperature change. Due to the statistical analysis of results we introduced the notions and determined the size-dependent ‘superheating limit’ and ‘supercooling limit’ as functions of nanosizes and rates. We offer the proportion for thermal hysteresis of α-Fe→γ-Fe→α-Fe
transformations of Fe nanopowders within the cycling temperature interval 800 K-1450 K. In first order phase transformations one should distinguish the "thermodynamic hysteresis" (based on the statistical probabilities) and kinetic hysteresis (based on the different rates of the relaxation and the external impact). 7. Shirinyan A., Pasichnyy M. Size-induced hysteresis in the process of nucleation and phase separation in a nanopowder. // Nanotechnology – 2005. – Vol. 16 – P. 1724-1733. We demonstrate a distinct size-dependent thermal hysteresis in first order phase transitions and its peculiarities. The newly obtained results may be used for the achievement of an alternative method of information (nonmagnetic) recording in present-day and future nano-technologies. In Ukrainian: 8. Білогородський Ю. С., Шірінян А. С. Розмірно-індукований гістерезис в кінетиці фазових перетворень першого роду в
нанодисперсних системах // Фізика і хімія твердого тіла. – 2010. – Т. 11, № 7
– С.49-60. Обґрунтовано, що фазові перетворення
першого роду в наносистемах, що перебувають в умовах температурного циклування,
можуть характеризуватися не лише кінетичним, а й термодинамічним ефектом – розмірно-залежним
«термодинамічним гістерезисом» перетворення, який визначається не швидкістю
зміни температури, а термодинамічними умовами утворення нових фаз, різницею
температур перетворення під час нагрівання й охолодження й зумовлений
відмінністю найбільш імовірних механізмів, енергетичних бар’єрів і температур
фазового перетворення для прямого і оберненого перетворення, множиною станів. Виявлено, що для нанодисперсних порошків
металів і сплавів, які відпалюються з циклічною зміною температури, можуть бути
такі режими термоциклування з одночасним фазовим перетворенням, коли
відбувається накладання розмірно-залежного кінетичного гістерезиса фазового
перетворення на розмірно-залежний термодинамічний гістерезис фазового
перетворення, а ширина петлі гістерезису фізичної величини стане незалежною від розмірів наносистеми в широкому інтервалі розмірів і параметрів. Такий
результат є універсальним і виявляється, коли розмірні залежності термодинамічного і кінетичного гістерезисів фазового перетворення є протилежними. Введені величини розмірно-залежного
«граничного перегріву» і розмірно-залежного «граничного переохолодження» та
запропоновані кореляційні співвідношення зв’язують в неізотермічній постановці кількість атомів в порошинці, швидкість циклування, параметри системи і ширину
петлі кінетичного гістерезису об’ємної частки нової фази. Для поліморфного
фазового перетворення α-Fe→γ-Fe→α-Fe «граничний перегрів» і «граничне
переохолодження» виявляють логарифмічну залежність від кількості атомів у
нанопорошинках. Співвідношення одержано для нанометричних розмірів в інтервалі
температур 800K-1450K фазового перетворення і за умов швидкого тепловідведення. Topic 4 Size-dependent phase diagrams of multicomponent nano-materials 9. Shirinyan A., Wautelet M. Phase separation in nanoparticles // Nanotechnology. – 2004. – Vol. 15. – P. 1720-1731. The influences of the size, thermodynamic quantities and depletion of the parent phase on the phase separation thermodynamics of nanosized supersaturated binary solid solutions are studied theoretically. A quantitative analysis of the nucleation of one nucleus and of the decomposition in small isolated nanoparticles is presented. It is shown that three possibilities exist: phase separation, prohibition of decomposition, and formation of the metastable state of the nanoalloy. The conservation of matter leads to constraints on nucleation and growth of new phases. The case of solid–solid transition phenomena in a nanosystem is studied for regular solutions. This model leads to the existence of multiple equilibrium configurations for the same sets of initial parameters. 10. Shirinyan A., Gusak A., Wautelet M. Phase diagram versus diagram of solubility: What is the difference for nanosystems? // Acta Materialia. – 2005. – Vol. 53 – P. 5025-5032. The paper presents that the well-known concept of equilibrium state diagram has to be revised, due to the fact that the amount of matter is limited in a nanosystem. This is of importance for many people, involved in phase diagrams, thermodynamics, nanoscience and nanotechnology, chemical physics, etc… We believe that it might be the starting point of research in the field of the compatibility between classical thermodynamics, physics and nanosystems. 11. Diffusion-controlled Solid State Reactions: in Alloys, Thin-Films, and Nanosystems: monograph / [A. Gusak , S. Kornienko , G. Lutsenko, Y. Lyashenko, M. Pasichnyy, A. Shirinyan, T. Zaporozhets]; Editor Gusak A. – Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2010. – 476 p. –(Chapter 13 Nucleation and phase separation in nanovolumes; P. 425-473). In the communication we analyze the first-order phase transitions in nanosystems both from thermodynamic viewpoint and with respect to specific features of phase diagrams of nanostructures and kinetics of such processes, specifically targeting at metallic nanoalloys. In Ukrainian: 12. Шірінян А.С. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук. КНУ імені Тараса Шевченка,
Київ, 2012, 368с. - вільний доступ до Автореферату >>> Відкрито фундаментальний ефект у багатокомпонентних конденсованих наномасштабних системах, пов’язаний з фазовим діаграмами: криві
розчинності на фазових діаграмах, на відміну від кривих розчинності масивних матеріалів, не відповідають умові термодинамічної рівноваги й показують лише початок і
завершення фазового перетворення. У рамках статистично-термодинамічної моделі
субрегулярного розчину побудовано розмірно-залежні криві розчинності
нанорозмірної частинки Cu-Ni, які не збігаються з лініями термодинамічної
рівноваги, розраховано лінію рівноважних станів завершення перетворення («петлю»)
для проміжних двофазних зон і показано результат щодо зникнення двофазних зон
для ізольованої наносистеми. Визначено новий понятійний інструментарій
фізико-хімічного матеріалознавства стосовно понять «діаграма розчинності»,
«фазова діаграма», «ліквідус», «солідус», «крива розчинності» для
багатокомпонентних нанодисперсних матеріалів і адаптовано понятійний апарат фізики твердого тіла щодо фазових перетворень першого роду з перерозподілом
концентрації до наносистем. Запропоновано метод розрахунку положень
кривих рівноваги на фазових діаграмах нанодисперсних твердих матеріалів (завдяки застосуванню розмірно-залежних середніх енергій взаємодії атомів), який дає можливість спрогнозувати граничні розчинності компонентів, температури
фазових перетворень (що апробовано для діаграм наносистем Bi–Sn, Bi–Pb). Topic 5 Nonmonotonicity effects during the phase separation in multicomponent alloys 13. Shirinyan A. S., Kudyn M. P. The effect of "self-saturation" in an alloy as the criterion of the beginning of the coalescence state // Ukrainian Journal of Physics. – 2008. – V.53, №1. – P. 50-60. We investigated the process of phase separation in time and showed for the first time (as far as we know) that in the framework of the mean field approach one should observe the ‘selfsaturation effect’ at initial stage of coalescence. The effect is detected for the case of the heterogeneous nucleation of a new phase with different composition. Selfsaturation effect is characterized by ‘inverse’ behaviour of saturation in a solution, that is, increase of concentration of solute atoms, as well ‘inverse’ behaviours of mean size of new phase particle and critical radius - decrease of overage size and critical radius. One may conclude that the ‘selfsaturation effect’ may be considered as the signal/indicator of the start of the coalescence stage. In Russian: 14. Ширинян А. С., Кудин Н. П. Эффект самонасыщения в кинетике распада пересыщенного бинарного сплава // Металлофизика и Новейшие Технологии. – 2007. – Т. 29, № 11. – С. 1537-1553. - вільний доступ до статті >>> In Ukrainian: 15. Шірінян А. С., Кудин Н. П. Ефект самонасичення сплаву як критерій початку стадії коалесценції // Український фізичний журнал. – 2008. – Т. 53, №1. – С. 50-60. Відкрито явище концентраційного «самонасичення» у кінетиці розпаду багатокомпонентного сплаву з ненульовим початковим
пересиченням, який в умовах постійних тиску і температури супроводжується
утворенням зародків нової фази іншого складу і контролюється дифузією, перед
стадією коалесценції, коли здійснюється інверсія поведінки основних характеристик: зменшення середнього й критичного розмірів та об’ємної частки нової фази, збільшення кількості розчиненого в сплаві компонента, що утворює зародки нової
фази. Topic 6 Mesoentropy In Russian: 16. Ширинян А. С. Мезоэнтропия. Образование и распад в
наносплавах // Вісник ЧНУ імені Богдана Хмельницького: Серія фізико-математичні науки. – Черкаси. – 2008.
– Вип. 141. – C. 20-37. Визначено і введено в термінологічний обіг фізико-хімічного
матеріалознавства поняття «мезоентропії», знайдено розрахункові
співвідношення термодинаміки одночасного утворення багатьох зародків нової фази
в пересиченому сплаві багатокомпонентних твердих систем з урахуванням
виснаження середовища, просторового розподілу зародків нової фази, показано
принципіальну можливість отримати за допомогою єдиної варіаційної задачі залежність
функції розподілу зародків нової фази від розміру. Topic 7 Сompetition of nano-phases in multicomponent nano-materials 17. Shirinyan A. S., Gusak A. M. and Desre P. J. Nucleation and growth in nanometric volumes. // Journal of Metastable and Nanocrystalline Materials. – 2000. - Vol.7 – P.17-40. - to access the article website >>> The competitive nucleation and growth of two intermediate phases in volumes of nanometric size is investigated taking into account the mole fraction depletion of the parent phase. The problem has been solved in the frame of classic method by representation of the thermodynamic potential in the mole fraction-size space. It is shown that, depending on the particle size and thermodynamic parameters of parent and intermediate phases, there exist the following possible situations: (1) total prohibition of separation, (2) formation and total stabilization of metastable phase instead of stable one, (3) relative stabilization of metastable phase with the temporary delay of its transformation into the stable phase, (4) formation and growth of stable phase, when the metastable phase does not appear at all, (5) formation and growth of stable phase via the metastable phase. Application is done to the precipitation of coherent precipitates of metastable Al3Li ordered phase in supersaturated solid solution AlLi. In Ukrainian: 18. Гусак А. М., Ширинян А. С. Конкурентный
распад в малых частицах. // Металлофизика и Новейшие Технологии. - 2000. – Т. 22, № 7. - С. 57-65. - to access the article-вільний доступ до статті>>> Виявлено, що під час фазового розділення у
пересиченому матеріалі (або в одній малій частинці) з випаданням однієї нової
фази іншого складу з урахуванням хімічного виснаження середовища існують три
можливості: фазове розділення, повна заборона перетворення і метастабільний
стан неповного фазового перетворення (у вузькій області початкових параметрів). Сформульовано теорему у вигляді узагальненого правила паралельних дотичних для
визначення рівноважних складів на кривих густин енергій від концентрації для
випадку зародкоутворення і фазового розділення в малих об'ємах. Обґрунтовано
теоретичними і модельними розрахунками, що у процесі конкурентного утворення
двох нових фаз різного стехіометричного складу і фазового перетворення першого
роду в малій ізольованій частинці можливі такі ситуації: (1) повна
заборона фазового перетворення, (2) утворення і повна стабілізація
метастабільної фази замість стабільної, (3) відносна стабілізація
метастабільної фази із затримкою її перетворення у стабільну фазу, (4) виникнення і зростання стабільної фази, коли метастабільна фаза
взагалі не з'являється, (5) полегшене виникнення стабільної фази через
метастабільну. Обґрунтовано можливість утворення і повної стабілізації
метастабільної фази Al3Li1 замість стабільної фази Al1Li1 у малих частинках
сплавів Al - 5-50 ат. % Li в інтервалі температур появи метастабільної Al3Li1
фази. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Copyright MyCorp © 2024 Бесплатный конструктор сайтов - uCoz | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||