РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК: УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ. ОТЧЕТ ЗА 2014 год

дестабилизирующим факторам природного и техногенного
характера.

Разработан новый способ получения листового Al/B

композиционного материала, обладающего комплексом повышенных
физико-механических свойств и функцией нейтронной защиты
(Институт машиноведения УрО РАН).

28. Система многокритериального связного анализа,

обеспечения  и  повышения  прочности,  ресурса,  живучести,
надежности  и  безопасности  машин,  машинных  и  человеко-
машинных  комплексов  в  междисциплинарных  проблемах
машиноведения

машиностроения.

Научные

основы

конструкционного материаловедения.

Предложен способ повышения износостойкости цементованной

стали 20Х с помощью наноструктурирующего выглаживания
индентором из плотного нитрида бора.

Наноструктурирующее

выглаживание  цементованной  низколегированной  стали  20Х,
подвергнутой закалке от 830 °С и отпуску при 250 °С, индентором из
плотного нитрида  бора  DBN  в  газовой  среде  приводит  к  снижению в
2,1  раза  интенсивности  изнашивания  (росту  износостойкости)  при
испытании  по  закрепленному  абразиву  кремния  вследствие  смены
основного

механизма

изнашивания

от

микрорезания

микроцарапанию (Институт машиноведения УрО РАН).

Установлена иерархическая самоорганизация диффузионных

боридных покрытий в условиях постоянного или циклического
контактного нагружения. После диффузионного борирования на
поверхности

сталей

формируются

многофазные

композиции,

сочетающие  твердые  износостойкие  бориды  железа  и  легирующих
элементов  сталей  и  пластичные  твердые  растворы  (например,
кремнистый  феррит  на  сталях  с кремнием),  играющие  роль  демпфера
при  нагружении  деталей.  Показано,  что  легирование  боридов  железа
хромом  из  стали-основы  приводит  к  появлению  у  них  способности
пластически деформироваться в условиях трибологических испытаний,
кроме  того  снижает  коэффициент  трения.  В  результате  разрушение
упрочненного  слоя  происходит  не  путем  сколов  и  выкрашиваний  как
считалось  до  сих  пор,  а  путем  образования  частиц  износа  за  счет
слияния  микродефектов  и  отслоений  при  пластической  деформации
внешней зоны покрытий (Институт машиноведения УрО РАН).

Разработан новый подход к диагностике структурного

состояния и прочностных свойств металла в различных зонах сварных
соединений

на

основе

анализа

полевых

зависимостей

дифференциальной

магнитной

проницаемости

результатов

кинетического индентирования.

Обосновано использование значений

полей максимумов дифференциальной магнитной проницаемости на ее
полевых  зависимостях  для  диагностики  структуры  и  прочностных
свойств  металла  отдельных  зон  сварных  соединений  и  выявления
наиболее  опасных,  с  точки  зрения  возможности  протекания  хрупкого
разрушения,  участков  таких  соединений.  Создана  методика
определения  распределения  механических  свойств  металла  в  разных
зонах  сварных  соединений,  основанная  на  обработке  результатов
сканирования

сварных

соединений

методом

кинетического

индентирования.  Полученные  с  помощью  указанных  методик  данные
по распределению локальных значений предела текучести, твердости и
нормального  модуля  упругости  в  сварных  трубах  большого  диаметра
хорошо  согласуются  с  результатами  механических  испытаний
(Институт машиноведения УрО РАН).

30. Методы анализа и синтеза многофункциональных

механизмов и машин для перспективных технологий и новых
человеко-машинных

комплексов.

Динамические

виброакустические процессы в технике.

На основе анализа устойчивости параметрических колебаний в

сложной

нелинейной

механической

системе,

описываемых

дифференциальным уравнением Матье (с использованием диаграммы
Айнса-Стретта),

вызванных

периодическим

изменением

характеристики  жесткости  движителя  и  действием  поперечных
волновых  процессов  в  ветвях  гусениц,  установлены  области
устойчивости  колебаний  и  направления  расширения  их  границ.
Предложено  техническое  решение,  позволяющее  повысить  запас
устойчивости  гусеничного  обвода  при  движении  по  криволинейной
траектории.  Введенный  в  схему  управления  блок  мониторинга,
идентификации  и  гашения  поперечных  волновых  процессов  в  ветвях
гусениц  позволяет  стабилизировать  траекторию  движения  машины  и
повысить степень реализации потенциальных скоростных качеств при
движении  по  дорогам  с  малодеформируемым  основанием  (Институт
машиноведения УрО РАН).

ИНФОРМАТИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

31. Общая теория систем управления и информационно-

управляющих систем; методы и средства коммуникационно-
сетевого управления многоуровневыми и распределенными
динамическими системами в условиях неполной информации.

Предложено новое понятие обобщенного многозначного

решения  в  задаче  Коши  для  системы  из  n  квазилинейных  уравнений
первого порядка. Существенным продвижением и отличием от систем,
рассматриваемых  другими  авторами,  является  то,  что  фазовая
переменная  также  n–мерна,  n  ≥  2.  Доказаны  теоремы  существования,
единственности  и  устойчивости  решения  относительно  возмущений
входных  данных.  Показана  связь  введенного  обобщенного  решения  с
минимаксным/вязкостным

решением

задачи

Коши

для

соответствующего

уравнения

Гамильтона–Якоби,

получена

репрезентативная  формула  для  многозначного  обобщенного  решения,
которая  может  быть  положена  в  основу  численных  методов
построения  этого  решения.  Рассмотренный  класс  систем  возникает  в
теории  оптимального  управления,  задачах  гидродинамики,  при
моделировании  транспортных  потоков  и  динамических  процессов  в
экономике,  биологии,  медицине  (Институт  математики  и  механики
УрО РАН).

Разработан, обоснован и программно реализован устойчивый к

вычислительным и информационным погрешностям численный метод
приближенного  решения  линейно-выпуклых  дифференциальных  игр
на  минимакс-максимин  позиционного  функционала,  оценивающего
норму  отклонений  движения  конфликтно-управляемой  системы  в
заданные  моменты  времени  от  заданных  целевых  точек  (Институт
математики и механики УрО РАН).

Для дифференциальных игр двух и большего числа лиц

построено  универсальное в заданном компакте равновесие по Нэшу  в
классе  стратегий  с  поводырем.  Конструкция  универсального
равновесия  основана  на  многозначной  функции,  удовлетворяющей
некоторым условиям типа стабильности. Доказано существование этой

многозначной функции. Показано, что приведенная конструкция обобщает
метод,  основанный  на  системах  уравнений  Гамильтона–Якоби.  Приведен
пример,  иллюстрирующий  преимущество  построенных  стратегий  по
сравнению с универсальным равновесием, основанным на решении системы
уравнений  Гамильтона–Якоби  (Институт  математики  и  механики  УрО
РАН).

Разработаны

стратегии

поиска

агентов

пространстве

альтернативных  решений  в  мультагентной  системе  автоматизированного
проектирования  технологических  процессов  ковки  на  молотах  в  случаях
возникновения  конфликтных  ситуаций,  когда  алгоритм  решения  задачи
попадает в область неформализованных задач. Выделены узловые точки, в
которых агенты перехватывают сообщения САПР и принимают решение о
дальнейшем  сценарии  проектирования.  Каждому  агенту  поставлены  в
соответствие свойства и методы обработки информации и сформулировано
конкретное  наполнение  атрибутами  нечеткости  (такими  как  функция
принадлежности,  пределы  нечеткого  множества,  нормализация  нечеткого
множества  и  др.).  Стратегия  поиска  агента  строится  на  основе  аппарата
математической  логики  и  нечеткого  управления.  Для  оценки  качества
поведения,  выбираемого  агентами,  применен  аппарат  теории  нечетких
множеств (Институт машиноведения УрО РАН).

34. Теория информации, научные основы информационно-

вычислительных систем и сетей, информатизации общества.
Квантовые методы обработки информации.

При исследованиях в области естественных человеко-машинных

интерфейсов  разработана  база  для  реализации  жестовых  интерфейсов
различного  назначения  (стерильные  медицинские  интерфейсы,  управление
роботами,  использование  в  средах  виртуальной  реальности  для  задач
научной визуализации) (Институт математики и механики УрО РАН).

Разработаны структура и новые модули системы разработки Web-

приложений MVE, позволяющие существенно улучшить ее характеристики
и  функционал.  Система  представляет  собой  надстройку  над  языком
программирования  РНР5  и  позволяет  значительно  ускорить  процесс
создания  информационных  систем  за  счет  использования  графического
интерфейса  при  разработке  меню  и  дизайна  страниц  (Институт
математики и механики УрО РАН).

35. Когнитивные системы и технологии, нейроинформатика

и биоинформатика, системный анализ, искусственный интеллект,

системы распознавания образов, принятие решений при многих
критериях.

В рамках общего подхода deep learning к задаче идентификации

личности  по  отпечаткам  пальцев  предложена  новая  схема  построения
вторичной  системы  признаков,  инвариантной  относительно  группы
преобразований  подобия  плоскости.  Эффективность  результирующего
алгоритма  идентификации  подтверждена  численными  экспериментами  на
открытых  базах  отпечатков  (Институт  математики  и  механики  УрО
РАН).

В формализованной на основе теории булевых алгебр модели

бинарного эксперимента исследованы все возможные типы совместного
действия факторов. Показано, что в данном эксперименте совместное
действие факторов может быть описано на основе только следующих групп
симметрий: диэдральные группы D

и D

, полные симметрические группы

и S

. Для практического определения того или иного типа совместного

действия  найдены  статистические  критерии,  позволяющие  проверить
соответствующую  статистическую  гипотезу  (рис.  40)  (Институт
промышленной экологии УрО РАН).

Рис. 40. Модель бинарного эксперимента (стрелки указывают на

подгруппу вышестоящей группы).

38. Проблемы создания глобальных и интегрированных

информационно-телекоммуникационных систем и сетей. Развитие
технологий и стандартов GRID.

Разработаны

механизмы

подключения

территориально-

распределенной системы хранения данных к суперкомпьютерам на основе
совместного  использования  ГРИД-протоколов  и  стандартных  протоколов
Интернет.  В  качестве  промежуточного  ПО  выбрана  система  dCache,
входящая  в  состав  European  Middleware  Initiative.  Подключение  к
суперкомпьютеру  «УРАН»  организовано  с  использованием  протокола
ParllelNFS,  входящего  в  стандарт  NFSv4.1.  Достоинством  такого  подхода
является отсутствие необходимости вносить какие-либо изменения в состав
ПО  суперкомпьютера  и  клиентских  систем.  Обеспечена  возможность
подключения  системы  хранения  к  ГРИД-системам  и  облачным
инфраструктурам  по  протоколам,  поддержка  которых  имеется  в  dCache
(Институт математики и механики УрО РАН).

Предложена архитектура территориально-распределенной системы

хранения данных среды высокопроизводительных вычислений УрО РАН на
основе  ГРИД-технологий  и  новых  протоколов  Интернета  (Parallel  NFS,
WebDAV). Узлы системы хранения могут быть распределены по регионам
присутствия  УрО  РАН.  Разработанная  архитектура  предусматривает
возможность  подключения  территориально-распределенной  системы
хранения данных УрО РАН к российским и международным проектам по
созданию  ГРИД-инфраструктур.  Создан  прототип  территориально-
распределенной  системы  хранения  данных  с  устройствами  хранения  в
Екатеринбурге  (ИММ  УрО  РАН)  и  Перми  (ИМСС  УрО  РАН).  Полная
емкость системы хранения составляет 252 Тб  (Институт  математики  и
механики УрО РАН).

39. Архитектура, системные решения, программное

обеспечение, стандартизация и информационная безопасность
информационно-вычислительных комплексов и сетей новых
поколений, системное программирование.

Разработана архитектура системы автоматизации параллельной

обработки  изображений  с  помощью  технологии  MapReduce  MIPr
(MapReduce Image Processing) и выполнена ее практическая   реализация   в
виде  расширения  к  популярной  системе  Hadoop.  MIPr  предоставляет
программный  интерфейс  обработки  изображений,  скрывающий  от
прикладного программиста детали внутреннего устройства Hadoop, и набор
готовых  к  использованию  параллельных  обработчиков  изображений
(Институт математики и механики УрО РАН).

_____________________________________________________________

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ И НАУКИ О МАТЕРИАЛАХ

44. Фундаментальные основы химии.
Методом молекулярной динамики в рамках простейшей модели

показано, что для металлических сплавов, коллоидных и полимерных
растворов или молекулярных систем, наличия в эффективном
потенциале

взаимодействия

двух

энергетически

выгодных

межчастичных

расстояний

достаточно

для

образования

квазикристаллической  фазы  с  декагональной  симметрией.  Показано,
что  механизм  формирования  такого  квазикристалла  обусловлен
стабилизацией  трубчатых  икосаэдрических    кластеров  (рис.  41),
которые  становятся  энергетически  выгодными  благодаря  наличию
двух характерных масштабов в системе. Полученные результаты могут
претендовать    на  универсальность  при  описании  возможных
механизмов  квазикристаллизации  (Институт  металлургии  УрО
РАН).

Рис. 41. Типичное распределение
частиц системы в фазе
декагонального квазикристалла
(a, b): Мезоскопическая структура
отдельного квазикристаллита в
плоскости, перпендикулярной (a)
и параллельной (b) осям
декагональных трубок,
собранных из икосаэдров с общей
гранью. (c) Структура
декагональной трубки (d, e).
Структура двойного икосаэдра,
являющегося строительным
блоком данных трубок (f, g).
Механизм слияния
декагональных трубок.
Красные и желтые частицы
имеют более короткие связи по
сравнению с зелеными.

Разработан подход к созданию фторированных аналогов

салициловой  кислоты,  основанный  на  селективном  нуклеофильном
моно-замещении  орто-атома  фтора  в  полифторбензойных  кислотах
под  действием  метоксида  магния  (рис.  42).  В  результате  химической
модификации полифторсалициловых кислот получена практически вся
линейка

фторированных

аналогов

клинически

используемых

салицилатов.

Биологические

испытания

показали,

что

полифторсалициловые кислоты и их ацетильные производные
превосходят по активности нефторированные аналоги, проявляя
противовоспалительные

свойства

на

уровне

диклофенака.

Достоинствами метода является коммерчески доступные исходные
реагенты, легкость выделения и высокие выходы целевых продуктов
(Институт органического синтеза УрО РАН).

полифторсалициловые

кислоты

полифтораспирины

полифторсалициламиды

полифторсалицилаты

натрия

алкил полифторсалицилаты

1. Mg(OMe)

2. HBr

(CH

CO)

X = H, F
R = Me, Et

NaOH

Рис. 42. Синтез фторированных салицилатов.

Разработан метод получения новых гетероциклических систем –

дитиенохиназолинов  из  коммерчески  доступного  5-бромпиримидина
путем проведения реакции нуклеофильного ароматического замещения
водорода,  промотируемого  микроволновым  излучением  кросс-
сочетания по Сузуки с последующей окислительной фотоциклизацией
полученных  4,5-дитиенилзамещенных  пиримидинов  (рис.  43).
Исследована  возможность  их  дальнейшей  модификации  путем

бромирования.  На  основании  проведенных  фотофизических  и
электрохимических  исследований,  а  также  литературных  данных
показана  возможность  использования  полученных  соединений  для
создания

полупроводниковых

органических

материалов

для

электроники (Институт органического синтеза УрО РАН).

Рис. 43. Схема метода получения дитиенохиназолинов.

Разработаны методы функционализации монотерпеноидов и

получены  новые  оптически  активные  сульфиды  и  сульфоксиды  с
гетероциклическими  заместителями,  тиогликозиды,  тиолы,  ди-,  три-  и
тетрасульфиды,  сульфохлориды,  тиолсульфинаты,  тиолсульфонаты,
сульфокислоты,  сульфенимины,  сульфинимины,  N-замещенные  α-
разветвленные

сульфинамиды

амины

–

перспективные

физиологически активные вещества, хиральные лиганды и ценные
интермедиаты в органическом синтезе (рис. 44) (Институт химии
Коми НЦ УрО РАН).

В процессе систематического изучения структуры и свойств

материалов систем РЗМ-марганец-кислород рассмотрены манганиты
NdMn

и NdMnO

, проявляющие зарядовое и орбитальное

упорядочение,

электронное

разделение

фаз,

обладающие

специфическими  физическими  свойствами  (магнеторезистивными  и
каталитическими).  Построена  фазовая  диаграмма  системы  Nd-Mn-O  в
координатах  «давление  кислорода  –  обратная  температура  –  состав»
(рис.  45).  Определен  температурный  интервал  ян-теллеровского
превращения  и  установлено  его  влияние  на  изменение  энтальпии
реакции  диссоциации  соединения  NdMnO

. Полученные эксперимен-

Выполнено комплексное исследование структурных и физико-

химических свойств натриевоборатных расплавов, содержащих оксиды
редкоземельных элементов (РЗЭ) лантанидной группы, что позволило
установить оптимальные технологические параметры процесса
электрохимического

микролегирования

при

выращивании

монокристаллов. С помощью метода электронной спектроскопии
отражения показано (рис. 46), что для получения химической и
структурной

однородности

натриевоборатных

расплавов,

обеспечивающей высокую степень восстановления легирующих
элементов, необходимо проведение предварительной механоактивации
оксидов РЗЭ (Институт металлургии УрО РАН).

Рис. 46. Электронные спектры отражения расплавленных систем:

1 – В

–(1мас.%)Се

Т=1000 K, 3 минуты механоактивации Се

;

2 – B

-(8,7 мас.%)Na

O-(1 мас.%)Ce

T=1275 K без механоактивации;

3 – B

-(8, 7 мас.%)Na

O-(1 мас.%)Ce

T=1275 K 3 мин механоактивации.

Проведено систематическое изучение процессов кинетического

разделения  рацемических  гетероциклических  аминов  под  действием
новых  хиральных  разделяющих  агентов  –  хлорангидридов  2-фенокси
карбоновых  кислот.  Энантиомеры  хиральных  гетероциклических
аминов  представляют  интерес  в  качестве  ключевых  интермедиатов  и
промежуточных  продуктов  в  синтезе  современных  лекарственных
препаратов.

Показано,

что

хлорангидриды

хиральных

2-фенокси

карбоновых кислот являются высокоэффективными

разделяющими  агентами:  в  некоторых  случаях  скорости  реакции
отдельных  энантиомеров  гетероциклических  аминов  с  хиральными
хлорангидридами  различаются  в  200-500  раз  (рис.  47)  (Институт
органического синтеза УрО РАН).

N
H

Разделяемые амины

Разделяющие агенты

Рис. 47. Структуры гетероциклических аминов и разделяющих агентов

В рамках теории функционала электронной плотности с

использованием первопринципных  методов проведено моделирование
первоначальной стадии гетерогенного осаждения в сталях как процесса
адсорбции  железа  на  поверхности  карбидов  переходных  металлов
(100)MС,  где  M  =  Ti  ,  V  ,  Nb  ,  Zr,  Hf,  Ta.  Рассмотрены  возможные
позиции для адсорбции, установлено, что наиболее предпочтительной
является  конфигурация  для  Fe  атома  адсорбированного  над  позицией
углерода,  а  другие  возможные  положения  (позиции  над  металлом  и
мостиковая) имеют более высокие энергии адсорбции (E

). Показано,

что изменения в E

связаны с Fe-M взаимодействием и определяются

количеством  валентных  электронов  М  атомов.  Наиболее  сильное
связывание было предсказано для атомов Fe на поверхности (100)NbC
и  данный  карбид  должен  демонстрировать  наиболее  высокую
способность  к  адсорбции,  что  согласуется  с  результатами
эксперимента  (рис.  48).  Исследовано  влияние  легирующих  примесей
3d-переходных металлов на адгезию железа на поверхности (100)NbC.
Немагнитные результаты показывают, что Cr и Mn усиливают адгезию
и могут стимулировать гетерогенное зарождение фазы железа (рис. 49)
(Институт химии твердого тела УрО РАН).

Проведен

цикл

теоретических

исследований

процесса

связывания    ионов    плутония    двумя    типами    молекул  диамидов
(DMDA    и    TMMA)    в    растворе    азотной    кислоты.    Показано,
что  различия  в  расположении  атомов  кислорода  дает  очень  слабые
преимущества  бициклической  молекуле  (рис. 50, слева)  –  десятые
доли эВ. Моделирование раствора в простом, но широко используемом
в    квантовой    химии    растворов    методе    COSMO    показало,
что в присутствии нескольких нитратных групп взаимодействие Pu(VI)

с  бициклической  молекулой  остается  неизменным,  тогда  как  у
нециклической (рис. 50, справа) – ослабляется в два раза (эффект ~ 1.5
эВ).    Расчеты,  моделирующие  эти  процессы  в  растворах  с  учетом
реального  молекулярного  окружения,  дали  принципиально  различные
результаты  для  двух  типов  молекул:  для  бициклической  –  получена
прочная  связь  с  плутонием  (E

= 2.78 eV), а комплекс плутония с

нециклической молекулой диссоциирует на гидратированную
молекулу и не связанный с ней комплекс Pu(NO

)

(Институт

химии твердого тела УрО РАН).

TiC

ZrC

HfC

NbC

TaC

TiN

ZrN

HfN

NbN

TaN

3.5

3.6

3.7

3.8

3.9

4.1

4.2

4.3

4.4

4.5

Period 4

Period 5

Period 6

ork of

adh

esion

Group IV MC
Group V MC
Group IV MN
Group V MN

Рис. 48. Моделирование первоначальной стадии гетерогенного зарождения фаз

железа как процесса адгезии атомов железа на поверхности карбидов и нитридов

переходных металлов (100)MХ, где M = Ti , V , Nb , Zr, Hf, Ta; Х=С,N.

Рис. 49. Влияние легирующих примесей 3d-переходных металлов

на адгезию железа на поверхности (100)NbC.

DMDA-Pu(HNO

)

TMMA-Pu(HNO

)

DMDA(b)Pu(NO

)

(b,2m)(H

= 2.78 eV

Pu(NO

)

(2b,2m)(H

= 0 eV

Рис. 50. Mоделирование связывания ионов плутония молекулами диамидов

при явном учете взаимодействия с молекулами H

O и ионами H

и NO

Проведен анализ химического равновесия по отношению к

диссоциации заряженных автокомплексов типа (MX

)

(MX

)

галогенидных расплавах двухвалентных и трехвалентных металлов
типа MX

и MX

, соответственно. Рассмотрены следствия упрощенной

статистико-термодинамической

модели,

включающей

учет

электростатических взаимодействий в рамках приближения Дебая-
Хюккеля, а также сил исключенного объема в соответствии с теорией
Ван-дер-Ваальса.

Рассчитаны

температурные

зависимости

концентрации автокомплексов при различных значениях энергии
диссоциации.

Показано,

что

химические

равновесия

























указанных

галогенидных расплавах двух- и трехвалентных металлов должны быть
существенно

сдвинуты

сторону

диссоциации

за

счет

электростатических  взаимодействий  заряженных  частиц  в  расплаве.
Установлено,  что  чем  меньше  энергия  диссоциации  комплекса,  тем
меньше  температурная  область  существования  автокомплексных
группировок.  При  этом  ниже  определенного  порога  энергии
диссоциации,





для







или



для







концентрация автокомплексов равна нулю во всей разумной

области температур (Институт высокотемпературной электрохимии
УрО РАН).

Импульсным методом впервые измерена скорость ультразвука

(u)  в  расслаивающихся  смесях  AgI+NaCl  и  AgI+LiCl  в  интервале
температур  от  точки  плавления  до  критической  температуры
смешивания  (T

Коэффициенты температурных зависимостей

скорости  звука  в  сосуществующих  фазах  имеют  противоположный
знак  в  результате  наложения  теплового  и  концентрационного
факторов.  Показано,  что  разность  скоростей  звука  в  фазах
уменьшается  с  ростом  температуры  в  соответствии  с  универсальным
уравнением  ∆u  =  (T

– T)

, где θ равна 0,896 и 0,900 для систем

AgI+NaCl  и  AgI+LiCl,  соответственно.  Показатели  экспонент  на  13%
меньше  найденных  нами  ранее  для  расплавов  галогенидов  щелочных
металлов, возможно, из-за ковалентного характера связи ионов серебра
и  галогена.  Увеличение  размера  катиона  щелочного  металла
сопровождается  существенным  снижением  критической  температуры
смешивания,  обусловленным  меньшей  экранирующей  способностью
катиона  Na

по сравнению с катионом Li

(рис. 51) (Институт

высокотемпературной электрохимии УрО РАН).

1000

1200

1400

1600

1800

2000

900

1000

1100

1200

1300

T, K

Рис. 51. Температурные
зависимости скорости звука
(u) в равновесных фазах
расплавленных смесей
AgI+NaCl (∆) и AgI+LiCl (□).

Предложен метод релаксации давления кислорода для

измерения коэффициентов химического обмена и диффузии кислорода
в  смешанных  электронных  и  кислород-ионных  проводниках.  Способ
включает  использование  значения  давления  кислорода  над  оксидом  в
замкнутом газовом контуре постоянного объема в качестве параметра
оксида,  напрямую  связанного  с  изменением  количества  кислорода  в

оксиде.  Расчет  химического  коэффициента  обмена  и  химического
коэффициента  диффузии  кислорода  производится  по  зависимости
относительного  изменения  давления  кислорода  над  оксидом  от
времени,  полученной  после  скачкообразного  изменения  давления
кислорода  над  оксидом.  Предложенный  метод  опробован  на  оксиде
кобальтито-феррита

бария-стронция

0.5

0.8

0.2

3–δ

—

перспективного

материала

для

катодов

твердооксидных

электрохимических

устройств

(рис.

52,

53)

(Институт

высокотемпературной электрохимии УрО РАН).

-2,6

-2,4

-2,2

-2,0

-1,8

-4,0

-3,5

-3,0

-2,5

-2,0

lg(Po

, атм)

хим

см/c

)

600°C
650°C
700°C

Рис. 52. Зависимость давления

кислорода в контуре во время

проведения эксперимента

методом релаксации давления

кислорода на Ba

0.5

0.8

0.2

3–δ

при T = 600°С, скачок давления

с 1 до 5 Торр.

Рис. 53. Зависимость коэффициента

химического обмена от давления при

различных температурах для оксида

0.5

0.8

0.2

3–δ

Теоретически исследовано влияние взаимодействия протонов с

дефектами  (акцепторными  примесями,  кислородными  вакансиями)  и
между  собой  на  перенос  протонов  в  акцепторно-допированных
протонпроводящих оксидах  А

1-x

III



со структурой перовскита

и оксидах А

III

2-x



со структурой искаженного флюорита

(bixbyite). Методом Монте-Карло и аналитически рассчитаны
коэффициент диффузии меченой частицы D

и подвижность протонов.

Показано,  что  взаимодействие  с  дефектами  существенно  влияет  на
величину  и  поведение  коэффициентов  переноса.  Полученные
результаты  позволили  интерпретировать  экспериментальные  данные
по  протонной  проводимости  для  ряда  оксидов.  Установленные
закономерности  существенны  как  для  понимания,  так  и  для

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК: УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ. ОТЧЕТ ЗА 2014 год - часть 4