ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ Л.Н. ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
Студенттер мен жас ғалымдардың
«Ғылым және білім - 2014»
атты IX Халықаралық ғылыми конференциясының БАЯНДАМАЛАР ЖИНАҒЫ
СБОРНИК МАТЕРИАЛОВ
IX Международной научной конференции студентов и молодых ученых
«Наука и образование - 2014»
PROCEEDINGS
of the IX International Scientific Conference for students and young scholars
«Science and education - 2014»
2014 жыл 11 сәуір
Астана
УДК 001(063) ББК 72
Ғ 96
Ғ 96
«Ғылым және білім – 2014» атты студенттер мен жас ғалымдардың ІХ Халықаралық ғылыми конференциясы = ІХ Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Наука и образование - 2014» = The IX International Scientific Conference for students and young scholars «Science and education - 2014».
– Астана: http://www.enu.kz/ru/nauka/nauka-i-obrazovanie/, 2014. – 5830 стр.
(қазақша, орысша, ағылшынша).
ISBN 978-9965-31-610-4
Жинаққа студенттердің, магистранттардың, докторанттардың және жас ғалымдардың жаратылыстану-техникалық және гуманитарлық ғылымдардың өзекті мәселелері бойынша баяндамалары енгізілген.
The proceedings are the papers of students, undergraduates, doctoral students and young researchers on topical issues of natural and technical sciences and humanities.
В сборник вошли доклады студентов, магистрантов, докторантов и молодых ученых по актуальным вопросам естественно-технических и гуманитарных наук.
УДК 001(063) ББК 72
ISBN 978-9965-31-610-4 © Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық
университеті, 2014
3287
Решение:
Из формулы закона Фарадея или электролиза находим время получения алюминия:
m = k I t t= m/ k I
t=103 кг / 0.093·10 -6 кг/Кл·4 ·104 А=2.688 ·105с=4480 мин=74.64 час Расход энергии составляет:
А= U I t- 5В·104А·74.67 час=15 МВт час [4].
Таким образом, формированию познавательного интереса способствуют все средства совершенствования учебного процесса: обновление содержания и укрепление межпредметных связей, расширение форм самостоятельной работы на уроке и решение задач.
Список использованных источников
1. Щукина, Г.И. Активизация учебно-познавательной деятельности учащихся Г.И.Щукина. - М.: ЛГПИ им. А.И. Герцена, 1985. - 170 с.
2. Щукина,Г.И. Педагогические проблемы формирования познавательных интересов учащихся Г.И.Щукина. - М.: Педагогика, 1988. - 203 с.
Do/gendoc. Ru/index- 169324 html
3. Морозова, Н.Г. Учителю о познавательном интересе [Текст] /Н.Г.Морозова. - М.: Знание, 1979.-47 с.
4. Рымкевич А.П. Задачник 9- 11 классы Издательский дом «Дрофа»,1997
УДК 539.25, 621.357
ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРНЫХ СВОЙСТВ АНОДИРОВАННЫХ ПЛЕНОК ОЛОВА
Омарова Г.С., Афанасьев Д.А., Айткенова Г.Т.
Институт молекулярной нанофотоники, КарГУ им. Е.А.Букетова, г. Караганда, Казахстан
Научный руководитель – доктор физико-математических наук, профессор Н.Х. Ибраев Актуальность работы
На сегодняшний день оксиды металлов, такие как оксид титана, олова, цинка и т.д., по- прежнему остаются в поле зрения исследователей. С бурным развитием нанотехнологий и их приложений обнаруживаются новые свойства этих веществ на микро- и наноуровнях [1-3].
Одним из перспективных методов получения наноструктур является электрохимическое анодирование. В процессе анодирования, электрохимического оксидирования, происходит электролитическое образование оксидной пленки на поверхности металлов, сплавов и полупроводников [4, 5]. Оксидная пленка защищает изделие от коррозии, обладает электроизоляционными свойствами, служит хорошим основанием для лакокрасочных покрытий, используется в декоративных целях. Для ряда металлов, при определенных условиях анодирования возможно получение пористых оксидных пленок с заданными размерами нанопор, толщины пленки и пористости. К таким металлам относятся: алюминий, ниобий, тантал, титан, цирконий [6]. Для каждого из этих металлов существуют свои условия проведения процесса анодирования. Свойства пористых пленок сильно зависят от свойств металла.
Составной частью современного материаловедения является анализ микроструктуры, который приобретает особенное значение применительно к пористым структурам, где состояние объекта (размер пор, упорядоченность и др.) существенно влияет на комплекс физико-химических свойств [7, 8]. Поэтому важное значение имеет определение влияния
3288
технических условий получения наноматериалов на их микроструктурные и геометрические свойства.
В данной работе приведены результаты исследования микроструктурных свойств пленок оксида олова, полученных электрохимическим оксидированием.
Подготовка образцов и методика эксперимента
В качестве исходного материала использовалось гранулированное олово чистотой 99,99%. Из гранулированного олова были приготовлены пластины олова, толщиной 0,5 мм и с геометрическими размерами 2,5×2,5 см.
Перед анодированием проводилась химическая полировка пластин олова. Перед проведением анодирования поверхность полированных пластин обезжиривалась этиловым спиртом. Затем проводилась очистка в ультразвуковой ванне.
Синтез пористого SnO2 проводили в двухэлектродной электрохимической ячейке с использованием источника постоянного тока MPS-7081 (рисунок 1). Вспомогательным электродом служила титановая пластина, а рабочим электродом полированная пластина олова. В качестве электролита использован водный раствор NaOH и водный раствор аммиака NH4OH. Электролит был получен на основе воды двойной фильтрации и деонизации на водоочистителе AquaMax 360 Basic. Удельное сопротивление воды составляло 18,2 МОм/см.
Анодирование пленок пористого оксида олова проводилось при разных температурах (+2 ОС, +25 ОС).
1 - потенциостат, 2 - холодильная камера, 3 - двухэлектродная электрохимическая ячейка, 4 - источник тока
Рисунок 1 - Установка для анодирования пластин металлов
В процессе анодирования напряжение поддерживалось постоянным (потенциостатический режим анодирования). После анодирования пленки промывали дистиллированной водой и высушивали в сушильном шкафу при температуре Т = 50 ºС.
Результаты и их обсуждение
Важным этапом контроля процесса анодирования является измерение плотности тока в процессе анодирования. Величина тока позволяет оценивать скорость протекания реакции и толщину оксидного слоя. Характер изменения тока показывает стадию образования оксидной пленки.
3289
На рисунке 2 приведены токовые характеристики процесса анодирования в водном растворе NaOH. Для данного процесса анодирования наблюдается плавное уменьшение плотности тока с ростом времени анодирования. Нет роста плотности тока анодирования и нет выраженных переходов между стадиями образования барьерного и пористого слоев оксида [9].
При анодировании в водном растворе NH4OH присутствует стадия нарастания плотности тока (рисунок 3). На данной стадии происходит рост барьерного слоя оксида олова. После достижения максимума тока происходит плавное уменьшение плотности тока, на которой происходит формирование пористой структуры оксидной пленки. Однако анализ токовых характеристик и сравнение со стандартными модельными представлениями, позволяет только прогнозировать вероятность появления оксидной пленки пористого типа.
Доказательством образования пор при анодировании олова могут служить электронно- микроскопические и зондовые измерения полученных образцов.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
t, мин J, mA/см2
Рисунок 2 - Токовые характеристики процесса анодирования олова в щелочном растворе NaOH, U=12 В
0 20 40 60 80 100 120
0 10 20 30 40 50
t, мин J,mA/см2
Рисунок 3 - Токовые характеристики процесса анодирования олова в щелочном растворе NH4OH
3290
Для микроструктурных исследований пленок, анодированных при различных условиях анодирования, использовался сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) JEOL JSM-5910, работающий в режиме вторичной электронной эмиссии (SEI) с разрешающей способностью в высоком вакууме 3 нм. Энергия электронов зонда составляет 20 кэВ, ток зонда равен 0,1нА, продолжительность измерения 50 с. Рабочее расстояние 10 мм. Все пленки были подвержены контролю элементного состава. Микроанализ количественного элементного состава пленок производился энергодисперсионным методом с помощью рентгеновского спектрометра с детектором JXA-8200, встроенного в СЭМ. Количественный микроанализ химического элементного состава исследуемых пленок был проведен по специальной программе PHI-RHO-Z путем математической обработки энергодисперсионных спектров с помощью компьютера, входящего в комплект СЭМ.
Изучение элементного состава пленки полученной в водном растворе NaOH, показало присутствие атомов олова и кислорода, что свидетельствует об образовании на поверхности пленки оксида олова (рисунок 4). Так же в энергодисперсионном спектре присутствуют атомы натрия.
Рисунок 4 - Микроструктура анодированной поверхности олова с распределением элементов по поверхности при анодировании в NaOH
Присутствие атомов натрия является отрицательным фактором, который может повлиять на дальнейшее применение оксидных пленок в качестве пористой полупроводниковой пленки в фотовольтаических солнечных элементах. Поэтому дальнейшее анодирование олова проводилось в NH4OH.
Были проведены исследования микроструктуры пленок оксида олова анодированных в электролите на основе воды и NH4OH. Измерения проведены на сканирующем зондовом микроскопе JSPM-5400 (JEOL) с использованием методов атомно-силовой микроскопии (АСМ). Результаты анодирования в растворе NH4OH при разной температуре приведены на рисунке 5 и 6.
3291
Рисунок 5 - АСМ изображения поверхности пористого оксида олова, полученного при комнатной температуре в NH4OH
Рисунок 6 -АСМ изображения поверхности пористого оксида олова, полученного при температуре +2 ОС в NH4OH
Уменьшение температуры проведения анодирования приводит к увеличению неоднородности рельефа пленки. На фоне неровной поверхности пленки происходит образование пористой структуры пленки (рисунок 5, 6).
Микроструктура поверхности анодированных пленок оксида олова также была исследована с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) JEOL JSM-5910 (рисунок 7). Микроскопические измерения структуры пленок анодированного олова идентичны АСМ снимкам этих поверхностей (рисунок 5,6). Аналогично АСМ изображениям, изображения снятые с помощью СЭМ свидетельствуют об образовании развитой мезопористой поверхности. Внутри мезопор образуются поры более малого размера. При этом структура, полученная при помощи электронно-микроскопических измерений, соответствует изображениям, полученным при помощи зондового микроскопа (рисунки 6, 7).
3292
Рисунок 7 - Микроструктура поверхности пленки оксида олова
Незначительное присутствие углерода на снимке (рисунок 7) свидетельствует о наличии органических соединений на поверхности олова. На фоне неоднородного рельефа пленки присутствует равномерно-распределенная пористая структура, что является свидетельством образования оксидного слоя пористого типа для SnO2. Размер пор наноструктурированного оксида олова зависит от условий проведения анодирования.
Характерные размеры пор были определены из АСМ снимков пленок (рисунок 5, 6).
Размеры составили 100 нм для пленок, полученных при комнатной температуре и 60 нм для пленок, полученных при низкой температуре.
По результатам проведенных исследований можно сделать ряд выводов:
1. Разработана методика синтеза пористых пленок оксида Sn путем электрохимического анодирования.
2. Изучение элементного состава анодированной пленки, показало присутствие атомов олова и кислорода, что свидетельствует об образовании на поверхности пленки оксида олова.
Были проведены исследования микроструктуры пленок оксида олова анодированных в электролите на основе воды и NaOH. В энергодисперсионном спектре присутствовали атомы натрия. В связи с присутствием атомов натрия было принято решение отказаться от использования данного электролита для получения пористых пленок оксида олова.
3. Были исследованы микроструктуры анодированных пленок олова, полученных при разных температурах анодирования в растворе NH4OH. Для пленок полученных при разных температурах анодирования наблюдается разная микроструктура пористых пленок оксида олова. Микроструктурные данные, полученные для оксидных пленок методами зондовой микроскопии и электронной микроскопии соответствуют между собой и дополняют друг- друга.
Список использованных источников
1. Kolmakov A., Zhang Y., Cheng G., Moskovits M. Detection of CO and O2 Using Tin Oxide Nanowire Sensors // Adv. Materials. - 2003. - Vol.15, №12. - P.997-1000
2. Hu J., Bando Y., Liu Q. Golberg T.D. Laser-ablation growth and optical ... of wide and long single-crystal SnO2 ribbons // Adv. Funct. Mater. -2003. - Vol.13. - P.493-496.
3. Djurisic A.B.; Leung Y.H. Optical properties of ZnO nanostructures // Small. - 2006. - №2, - P.944-961.
3293
4. Беленький М. А., Иванов А. Ф. Электроосаждение металлических покрытий, справочник //
М.: Металлургия, 1985. - С.288.
5. Аверьянов Е. Е. Справочник по анодированию // Москва: Машиностроение, 1988. – С.224.
6. Su Z., Zhou W. Formation mechanism of porous anodic aluminium and titanium oxides // Adv.
Mat. - 2008. – Vol.20. - P.3663-3667.
7. Гусев А.И. Физическая химия нестехиометрических тугоплавких соединений. - М.: Наука, 1991. - С.286.
8. Зайнулин Ю.Г., Алямовский С.И., Гусев А.И., Швейкин Г.П. Влияние высоких давлений и температур на дефектные фазы внедрения // - Екатеринбург: РИСО УрО РАН, 1992. - С.114.
9. Г.Т. Айткенова, Д.А. Афанасьев, Н.Х. Ибраев, Е. Хуанбай. Получение и исследование структурных свойств пленок анодированного титана // Вестник Карагандинского университета. Серия физика. 2014. - №1(73). – 4-10.
УДК 517.958
(2+1)-ӚЛШЕМДІ ШРЕДИНГЕР-МАКСВЕЛЛ-БЛОХ ТЕҢДЕУІ ҤШІН ДАРБУ ТҤРЛЕНДІРУІ
Рахметҧллаева Айман Мыңболқызы, Мамырбекова Ғалия Қабдразаққызы [email protected]
Еуразия ұлттық университетінің Физика-техникалық факультетінің ―Жалпы және теориялық физика‖ кафедрасы, Астана, Қазақстан
Ғылыми жетекші - Г.Н. Шайхова Кіріспе
Заманауи ғылымдағы нақты жүйенің бейсызықты сипаты фундаментальды болып қарастырылатындығы белгілі. Әдетте, бейсызықты құбылыстар қарапайым немесе дербес туындылы дифференциалдық теңдеулер арқылы құрылады. Осы бейсызықты дифференциалдық теңдеулердің кӛпшілігі интегралданады. Бұл интегралданатын бейсызықты дифференциалдық теңдеулердің нақты шешімі болатындығын білдіреді. Олар соңғы жылдары математикалық және физикалық қызығушылықтарға ие. [1-12] жұмыстарда интегралданатын бейсызықты дифференциалдық теңдеулер жан-жақты зерттелген. Осындай интегралданатын бейсызықты теңдеулердің ішінде Шредингер – Максвелл – Блох теңдеуінің (ШМБТ) маңызы зор.
Бұл жұмыста (2+1)-ӛлшемді ШМБТ үшін Дарбу түрлендіруін (ДТ) жасалды.
(2+1)-ӛлшемді Шредингер-Максвелл-Блохтың теңдеуі Интегралданатын ШМБТ-нің түрі мынадай:
, 0 2
q q ip
iqt xy (1)
, 2ik r r
irt xy (2)
x
2(rq)q 0, (3)
, 0 2
2
i q
px
(4)
,
0 2
2
i r
kx
(5)
.
0
rp kq
x (6)
Мұндағы q, r=q*, v, p, k=p*, комплексті функциялар, ω-тұрақты шама және * белгісі комплексті түйіндесті білдіреді. ШМБТ-не сәйкес Лакс жұбының түрі
t,
x A
(7)
,
2
t yB (8)
мұндағы А және В, сәйкесінше:
