CC BY
23
Табл. 5 Термодинамические функции TATB, PETN, TATT
E H G S
Молекула кДж/Моль кДж/Моль кДж/Моль Дж/Моль-К
TATB 449.877 452.356 331.546 405.197
PETN 540.942 543.421 408.442 452.721
TATT 391.528 394.007 275.798 396.474
Как видно из таблицы, внутренняя энергия в молекуле TATT меньше внутренних энергий в молекулах TATB и PETN. То же можно сказать об остальных термодинамических функциях.
Данная работа, направленная на подробное рассмотрение структурных, энергетических и колебательных свойств TATB, PETN и TATT, в полной мере раскрывает характеристики выбранных к изучению взрывчатых веществ. Геометрические характеристики молекул TATB, PETN и TATT получены из первых принципов гибридным методом B3LYP, а приближенное соответствие характеристик молекул TATB и PETN к экспериментальным данным подтверждает правильность выбранного метода и базиса для расчета иных свойств исследуемых молекул. Приведенные в таблице 5 функции (внутренняя энергия, энтальпия, потенциал Гиббса и энтропия) изучаемых термодинамических систем достаточно полно описывают количественные термодинамические свойства этих систем.
Литература
1. Gee, R.H. Ab initio based force field and molecular dynamics simulations of crystalline TATB / R.H. Gee, S. Roszak, K. Balasubramanian, L.E. Fried // J. Phys. Chem. - 2004. - V 120. - № 15. - P. 1-8.
2. Wang, L. Adsorption of the insensitive explosive TATB on singlewalled carbon nanotubes / L. Wang, C. Yi, H. Zou, H. Gan, J. Xu, W. Xu // Molecular Physics. - 2011. - V 109. - № 14. - P. 1841-1849.
3. Manaa, M. R. Internal Rotation of Amino and Nitro Groups in TATB: MP2 Versus DFT (B3LYP) / M. R. Manaa, L.E. Fried, R.H. Gee // J. Phys. Chem. - 2002. - № 106. - P. 8806-8810.
4. Wu, С. J. Electronic structure of solid 1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzene under uniaxial compression: Possible role of pressure-induced metallization in energetic materials / С. J. Wu, L.H. Yang, L.E. Fried, J. Quenneville, T.J. Martinez // Physical review. - 2003. -№ 235101. - P. 1-7.
5. Roszak, S. Molecular interactions of TATB clusters / S. Roszak, R.H. Gee, K. Balasubramanian, L.E. Fried // Chemical Physics Letters. - 2003. - № 374. - P. 286-296.
6. Perger, W. F. First-principles study of pentaerythritol tetranitrate single crystals under high pressure: vibrational properties / W. F. Perger, J. Zhao, J. M. Winey, Y. M. Gupta // Chemical Physics Letters. - 2006. - № 428. - P. 394-399.
7. Gan, C. K. All-electron density-functional studies of hydrostatic compression of pentaerythritol tetranitrate C(CH2ONO2)4 - Los Alamos: Los Alamos National Laboratory / C. K. Gan, T. D. Sewell, M. Challacombe // The American Physical Society. - 2004. - V 69. -P. 1-7.
8. Yu, Z. Decomposition of pentaerythritol tetranitrate [C(CH2ONO2)4] following electronic excitation / Z. Yu, E. R. Bernstein // J. Phys. Chem. - 2011. - V 135. - № 154305. - P. 1-11.
9. Allis, D. G. Theoretical Analysis of the Terahertz Spectrum of the High Explosive PETN / D. G. Allis, T. M. Korter // J. Phys. Chem. - 2006. - № 7. - P. 2398 - 2408.
10. Tao, G.-H. A thermally stable nitrogen-rich energetic material—3,4,5-triamino-1-tetrazolyl-1,2,4-triazole (TATT) / G.-H. Tao, B. Twamley, J. M. Shreeve // J. Mater. Chem. - 2009. - V19. - P. 5850-5854.
11. Schmidt, M.W. General Atomic and Molecular Electronic Structure System / M.W. Schmidt, K.K. Baldridge, J.A. Boatz, S.T. Elbert, M.S. Gordon, J.H. Jensen, S. Koseki, N. Matsunaga, K.A. Nguyen, S. Su, T.L. Windus, M. Dupuis, J.A. Montgomery // J. Comput. Chem. - 1993. - V 14. - P. 1347-1363.
12. Basis Set Exchange [Электронный ресурс] URL: https://bse.pnl.gov/bse/portal (дата обращения 8.10.2013).
13. Cady, H. H. The crystal structure of 1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzene / H. H. Cady, A. C. Larson // Acta Cryst. - 1965. - V 18. - P. 485-496.
Прокопович Е.В.1, Капора С.В.2, Савенко В.С.3
1,2Магистрант; 3доктор технических наук, профессор, МГПУ им. И. П. Шамякина,
РАСЧЕТ ПОНДЕРОМОТОРНЫХ ФАКТОРОВ ПРИ ЭЛЕКТРОПЛАСТИЧНОСТИ МОНОКРИСТАЛЛА СУРЬМЫ.
Аннотация
В статье произведены расчёты собственного магнитного поля тока образца сурьмы.
Ключевые слова: электропластическая деформация, пинч-эффект, собственное магнитное поле.
Prokopovych E.V.1, Kapora S.V.2, Savenko V.S.3
1,2 MA student; 3Doctor of Technical Sciences, Professor, Chief of Physics Department Mozyr State Pedagogical University Name
I.P. Shamyakin,.
CALCULATION OF FACTORS IN PONDEROMOTIVE ELEKTROPLASTICHNOSTI MONOCRYSTAL SB.
Abstract
In this paper the calculations of the intrinsic magnetic field of the current sample of antimony.
Keywords: Electroplastic strain, pinch effect, its own magnetic field.
Импульс электрического тока (1,5 x103 А/м2) пропущенный через кристалл во время деформации вызывает вторичные пинч-и скин-эффекты, а также термическое разупрочнение решетки. Оценим вклад этих факторов в явление электропластичности при двойниковании кристаллов сурьмы. [1]
На поверхности образца собственное магнитное поле тока принимает максимальное значение Нт = 0,2—, где Ia -амплитудное значение силы тока в проводнике. Ia = jS, где S - площадь поперечного сечения проводника.
На образца Sb при плотности тока j = 1,5х103А/мм2 и радиусе сечения проводника r = 2 мм, собственное магнитное поле тока, возникающее на поверхности проводника.
21
Нт = 0,2=^ = 3 х 103 (э).
При г = 5 мм максимальном значении Нт принимает значение
Нт = 4,5 х 103 (э).
Таким образом, можно сделать вывод, что чем больше радиус образца, тем соответственно больше пинч-эффект.
Н 2
Рассмотрим механическое давление на поверхности образца. Оно составляет: Р = р—, где Р - механическое давление (Па), р - магнитная постоянная равная 1,257 х 10"6 Н/А2.
При Hm = 3 х 103 (э) получаем: Р = = 0,45 (Па).
При Hm = 4.5 х 103 (э) получаем: Р = р — = 1,013 (Па).
Из последнего выражения следует, что при одной и той же плотности тока, например j = 1,5х103А/мм2, пондеромоторное действие будет выражено тем больше, чем больше радиус использованного образца.
Пинч-эффект является масштабным фактором и квадратично зависит от г и j. Для образцов малого радиуса он не должен наблюдаться.
Максимальная осевая сила Fz от пинч-эффекта равна Fz = 2vPS, где Fz - максимальная осевая сила, v - коэффициент Пуассона равный 0,27, Р - механическое давление, S - площадь сечения образца.
Тогда, для образца с г = 2 мм и Р = 0,45 Па. Fz = 2vPS = 4,86 (Н), для образца с г = 5 мм и Р = 1,013 Па. Fz = 2vPS = 18,225 (Н).
Пинч-эффект тем больше, чем больше осевая сила образца.
Материал образца, также играет особую роль, чем меньше проводимость металла, тем больше скорость диффузии магнитного поля в образце, и соответственно пинч-эффект меньше.
I 1
Также величина пинч-эффекта зависит от круговой частоты: ш = I— , где ш - круговая частота (Гц), L - индуктивность
равная 10"7 (Гн), С - ёмкость равная 10"3(Ф). Получаем ш = = 10s (Гц).
Чем больше частота л>, тем более ярко выражен пинч-эффект. Для того чтобы иметь высокие значения импульса тока необходимо использовать конденсаторы большей ёмкости С, при этом увеличения частоты ш приводит к уменьшению индуктивности цепи L.
Добротность контура Q, определяемая выражением Q = ^ J^, где R - полное активное сопротивление цепи (Ом).
Добротность контура должна быть небольшой, например при R<0,1 Ом, L = 10"7 Гн и С = 10"3 Ф составлять величину Q < 0,1. [2]
Длительность импульса должна быть минимальна
Т = 2WiC = 0,6 х 10_4(с).
Рассчитаем толщину скин-слоя для образца
Д = с 1-^- = 0,044 (мм),
-у| 2пш v J
где Д - толщина скин-слоя, с - электродинамическая постоянная равная 3х1010 см/с, р - удельное электросопротивление, для сурьмы равно 43,045х10-6 Ом х см.
Для достижения максимума пинч-эффекта необходимо выбирать такую частоту импульсов тока, при которой магнитное поле не успевает существенно проникать через поверхность образца. Можно считать, что в процессе деформации кристаллов за счет пинч-эффекта магнитное поле диффундирует в кристалл, причем скорость диффузии зависит от проводимости металла и от частоты тока.
При одной и той же геометрии образцов пинч-эффект выражен сильнее на материале, обладающем высокой электропроводностью.
Таким образом, импульсный ток оказывает на деформируемый металл помимо собственно электронно-пластического действия, пондеромоторное действие, обусловленное сжатием образцов собственным магнитным полем и возбуждением в них упругих колебаний с частотой следования импульсного тока.
Литература
1. Баранов Ю. И., Троицкий О. А., Авраамов Ю. С., Шляпин А. Д. Физические основы электроимпульсной и электропластической обработок и новые материалы. - М.: МГИУ, 2001 - 844 с.
2. Троицкий О. А., Савенко В. С. Фундаментальные и прикладные исследования электропластической деформации металлов. - Минск: ИВЦ Минфина, 2013. - 375 с.
3. Савенко В. С. Механическое двойкование и электропластичность металлов в условиях внешних энергетических воздействий. - Минск: БГАФК, 2003. - 203с.
Сиделёв Д.В.1, Юрьев Ю.Н.2
'Магистрант; Заведующий лабораторией, Национальный исследовательский Томский политехнический университет
ОПТИМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ДУАЛЬНЫХ МАГНЕТРОНОВ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК
TiO2
Аннотация
Исследования оптических свойств тонких пленок TiO2, полученных при помощи дуальной магнетронной распылительной системы (МРС), свидетельствуют о зависимости характеристик пленок от их структурных особенностей, которые определяются режимом работы МРС и конфигурацией магнитного поля магнетрона.
Ключевые слова: магнетронное распыление, дуальный магнетрон, тонкие пленки.
Sidelev D.V.1, Yurjev Y.N.2
'Master student; 2head of laboratory, National Research Tomsk Polytechnic University OPTIMAL OPERATION MODES OF DUAL MAGNETRONS FOR DEPOSITION TIO2 THIN FILMS
Abstract
The investigation of optical properties of TiO2 thin films, obtained by a dual magnetron sputtering system (MSS), shows that optical characteristics of films depend on their structure and determine by operation mode and configuration of the magnetic field of the magnetron.
Keywords: magnetron sputtering, dual magnetron, thin films.
22
