Preview

Journal of Advanced Materials and Technologies

Расширенный поиск

Топологическая лазерная термодинамика в технологиях управления функциональными характеристиками высокоэнтропийных сплавов с поверхностными дендритными структурами

https://doi.org/10.17277/jamt-2025-10-04-329-341

Аннотация

Рассматривается лазерная термодинамика топологических структур – дендритов, полученных при воздействии лазерных импульсов на поверхность ряда высокоэнтропийных сплавов в процессе лазерной абляции. Рассмотрены схемы лазерного экспериментального синтеза и его параметры для получения дендритных структур высокоэнтропийных сплавов различного характера. Для разных конфигураций таких структур в рамках нанокластерных/островковых топологических моделей проанализированы возможности управления функциональными характеристиками образцов с дендритами (электрофизика и оптика) для возможных технологических применений. Смоделированы и оценены термодинамические условия направленного синтеза дендритов при разных условиях эксперимента с лазерным воздействием от Гауссового источника излучения в рамках приближения Matlab Laser Toolbox. Проведено исследование особенностей термодинамических условий синтеза дендритных систем, образованных из высокоэнтропийных сплавов на основе аналитических оценок поля температуры. Проведенная процедура позволила оценить реальные температуры плавления для компонент наноструктурированного высокоэнтропийного сплава. Предложены модели дендритных структур в диффузионном приближении в рамках диффузионно-ограниченной агрегации, для которых приведена оценка их электропроводимости с помощью моделирования вольтамперных характеристик в рамках туннельного и прыжкового приближений, а также усиления электрического поля на неоднородных границах фрактальных структур. Разработанные модели реализованы в среде MATLAB и имеют непосредственную связь с параметрами реальной схемы синтеза. Оценки, выполненные с их помощью, не противоречат реальным величинам.  

Об авторах

Д. Д. Тумаркина
Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых
Россия

Тумаркина Дарья Денисовна, ассистент

ул. Горького, 87, Владимир, 600000, Российская Федерация



О. Я. Бутковский
Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых
Россия

Бутковский Олег Ярославович, доктор физико-математических наук, профессор

ул. Горького, 87, Владимир, 600000, Российская Федерация



Д. Н. Бухаров
Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых
Россия

Бухаров Дмитрий Николаевич, кандидат физико-математических наук, доцент

ул. Горького, 87, Владимир, 600000, Российская Федерация



И. В. Буракова
Тамбовский государственный технический университет
Россия

Буракова Ирина Владимировна, кандидат технических наук, доцент

ул. Советская, 106/5, пом. 2, Тамбов, 392000, Российская Федерация



А. Е. Бураков
Тамбовский государственный технический университет
Россия

Бураков Александр Евгеньевич, кандидат технических наук, доцент, и. о. заведующего кафедрой

ул. Советская, 106/5, пом. 2, Тамбов, 392000, Российская Федерация



C. М. Аракелян
Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых
Россия

Аракелян Сергей Мартиросович, доктор физико-математических наук, профессор, независимый исследователь

ул. Горького, 87, Владимир, 600000, Российская Федерация



Список литературы

1. Panchenko VYa. Laser technologies of materials processing: modern problems of fundamental research and applied developments. Moscow: FIZMALIT; 2009. 664 p. (In Russ.)

2. Grigor′yants AG, Shiganov IN, Misyurov AI. Technological processes of laser processing: Studies. Handbook for universities. Moscow: BMSTU Publ. House; 2006. 664 p. (In Russ.)

3. Römer GRBE, Huis In ’T Veld AJ. Matlab laser toolbox. Physics Procedia. 2010;5:413-419. DOI:10.1016/j.phpro.2010.08.068

4. Kandidov VP, Chesnokov SS, Shlenov SA. Discrete Fourier transform. Study guide. Moscow: Lomonosov MSU Publ. House; 2019. 88 p. (In Russ.)

5. Bukharov DN, Osipov AV, Arakelyan SM, Kucherik AO. Graph-analytical model of the electrical conductivity of a semiconductor island plumbum telluride nanofilm. Journal of Physics: Conference Series. 2019; 1331:012008. DOI:10.1088/1742-6596/1331/1/012008

6. Arakelyan SM, Khudaberganov TA, Istratov AV, Osipov AV, Khor′kov KS. Topological laser-induced quantum states in nanocluster structures: fundamental effects and possible applications (electrophysics and optics). Optika i spektroskopiya = Optics and Spectroscopy. 2019;127(7):125-136. (In Russ.)

7. Garnov SV, Abramov DV, Bukharov DN, Khudaiberganov TA, et al. Electrophysics of carbon 1d structures obtained in a laser experiment: models and demonstration. Uspekhi Fizicheskih Nauk = PhysicsUspekhi. 2024;194(2):115-137. DOI:10.3367/UFNr.2023.12.039620 (In Russ.)

8. Bukharov DN, Tumarkina DD, Kucherik AO, Tkachev AG, et al. Structure control of metal-carbon composites with different nanotopological configurations and electrical conductivity characteristics in a laser experiment. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2024;9(3):207-235. DOI:10.17277/jamt.2024.03.pp.207-235

9. Bukharov DN, Kucherik AO, Arakelian SM. Nanocluster fractal electrical conductivity in thin films on a solid surface: dimensional model of different configurations and demonstration of results in a laser experiment. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2023;8(3):227-251. DOI:10.17277/jamt.2023.03.pp.227-251

10. Trakhtenberg LI, Mel′nikova MYa. Metal/semiconductor containing nanocomposites. Moscow: Technosphere; 2019. 624 p. (In Russ.)

11. Arakelyan SM, Kucherik AO, Prokoshev VG, Rau VG, Sergeyev AG. Introduction to femtonanophotonics: fundamental principles and laser methods for the controlled production and diagnosis of nanostructured materials: a textbook. Moscow: Logos; 2020. 744 p. (In Russ.)

12. Practical recommendations for the development of printed circuit boards. Available from: https://btpit36.ru/pluginfile.php/5733/mod_resource/content/2/samspcbguide_ce_1.1.pdf [Accessed 21 June 2025]

13. Shumilin AV, Bel′tyukov YaM. The effect of nonequilibrium correlations on the effective resistance between centers in the theory of hopping conduction. Fizikat verdogo tela = Physics of the Solid State. 2019; 61(11):2116-2121. DOI:10.21883/FTT.2019.11.48416.509 (In Russ.)

14. Kuvayskova YuE. Algorithms of discrete mathematics: a textbook. Ulyanovsk: UlGTU Publ. House; 2017. 99 p. ISBN 978-5-9795-1635-6 (In Russ.)

15. Korchagin SA, Terin DV, Klinayev YuV. Modeling of a fractal composite and investigation of its electrical characteristics. Matematicheskoye modelirovaniye i chislennyye metody. 2017;13(1):22-31. (In Russ.)

16. Bonch-Bruyevich VL. Problems of the electron theory of disordered semiconductors. Uspekhi fizicheskikh nauk = Physics-Uspekhi. 1983;140(4):583-637. DOI: 10.3367/UFNr.0140.198308b.0583 (In Russ.)

17. Cao M, Chen J, Sun X, Xie F, Li B. Theoretical predictions and experimental verifications of SERS detection in colorants. RSC Advances. 2023;13(22):15086-15098. DOI: 10.1039/D3RA01584J

18. Detecting and identifying food colorants with SERS. Spectroscopy online. Available from: https://www.spectroscopyonline.com/view/detecting-andidentifying-food-colorants-sers [Accessed 21 June 2025]

19. Tkachenko LA, Repina AV. The theory of unsteady heat transfer: A textbook. Kazan: Kazan University Publ. House; 2017. 139 p. (In Russ.)

20. Rykalin NN, Uglov AA, Zuyev IV, Kokora AN. Laser electron beam processing of materials: A reference book. Moscow: Mashinostroyeniye; 1985. 496 p. (In Russ.)

21. Libenson MN, Yakovlev EB, Shandybina GD. Interaction of laser radiation with matter (power optics). Part II. Laser heating and destruction of materials. Study guide. Saint-Petersburg: ITMO Publ. House; 2014. 181 p. (In Russ.)

22. Antonov DN, Burtsev AA, Butkovskiy OYa. Distribution of dendrites produced on the surface of steel as a result of exposure to laser radiation. Zhurnal tekhnicheskoy fiziki = Technical Physics. 2016;86(1):110-115. (In Russ.)

23. Unutulmazsoy Y, Merkle R, Fischer D, Mannhart J, Maie, J. The oxidation kinetics of thin nickel films between 250 and 500 °C. Physical Chemistry Chemical Physics. 2017;19(13):9045-9052. DOI:10.1039/C7CP00476A

24. Vorobev AH. Diffusion problems in chemical kinetics. Study guide. Moscow: Lomonosov MSU Publ. House; 2003. 98 p. (In Russ.)

25. AISI 304 Stainless steel characteristics. Available from: https://inoxtrade.ru/info/commoninfo/item100590/aisi-304/ [Accessed 21 June 2025]

26. Special functions. Available from: https://www.tutorialspoint.com/python/special_functions.htm [Accessed 21 June 2025]

27. Sergeyev NA, Ryabushkin DS. Physics of nanosystems: monograph. Moscow: Logos; 2016. 192 p. (In Russ.)

28. Borlakov KhSh, Kochkarova PA. Fractal dimension as a thermodynamic parameter. Izvestiya vuzov. Severo-Kavkazskiy region. Yestestvennyye nauki. 2006;3:50-52. (In Russ.)

29. Aleshin MP, Tumarkina DD, Oparin ES, Bukharov DN, et al. Models and structures in the electrophysics of high-entropy alloys with laser-induced fractal surface objects. Physics of Metals and Metallography. 2024;125(9):970-985. DOI:10.1134/S0031918X24601574

30. Suzdalev IP. Nanotechnology: Physico-chemistry of nanoclusters, nanostructures and nanomaterials. Moscow: LIBROKOM Publ. House; 2019. 592 p. (In Russ.)

31. Tumarkina DD, Butkovskiy OY, Bolachkov AV, Burtsev AA. Surface topology of mixing entropy resulting from two-pulse laser ablation of stainless steel. Fizikokhimicheskie aspekty izucheniya klasterov, nanostruktur i nanomaterialov. 2023;15:869-878. DOI:10.26456/pcascnn/2023.15.869 (In Russ.)

32. Rekhviashvili SH, Kishtikova EV. On the melting temperature of nanoparticles and nanostructured substances. Pis′ma v zhurnal tekhnicheskoy fiziki = Technical Physics Letters. 2006;32(10):50-55. (In Russ.)

33. Atomic radii. Available from: https://dpva.ru/Guide/GuidePhysics/Length/AtomicRadius [Accessed 21 June 2025]

34. Spivak LV, Shchepina NE. Polymorphic transformations in iron and zirconium. Technical Physics. 2020;65:1100-1105. DOI:10.1134/S1063784220070221

35. Pochtenny AE. Jump conductivity under direct current in intrinsic and doped organic semiconductors: monograph. Minsk: BGTU Publ. House; 2016. 171 p. (In Russ.)

36. Blinova NA, Filippov MV. Method of finding a path in a labyrinth in the presence of interference. Novyye informatsionnyye tekhnologii v avtomatizirovannykh sistemakh. 2019;22:46-50. (In Russ.)

37. Krevchik VD, Semenov MB, Krevchik PV. Quantum tunneling with dissipation: an application to tunnel transport for semiconductor quantum dots in a combined AFM / STM system under external electric field conditions (review). Part II. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Povolzhskiy region. Fiziko-matematicheskie nauki. 2020;(4):132-185. DOI:10.21685/2072-3040-2020-4-9 (In Russ.)

38. Simonyan ES, Medvedeva OA, Medvedev SN. Creation of maze with multiple solutions, search for all solutions and editing them. Modelirovaniye, optimizatsiya i informatsionnyye tekhnologii. 2019;7(2(25)):365-381. DOI:10.26102/2310-6018/2019.25.2.030 (In Russ.)

39. Krasnov ES. Methodology for evaluating pathfinding algorithms in a maze to select a mobile robot movement strategy. Izvestiya Tul′skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskiye nauki. 2012;11(2):179-187. (In Russ.)

40. Moskalev PV. Analysis of the structure of a percolation cluster. Zhurnal tehnicheskoy fiziki = Technical Physics. 2009;79(6):1-7. (In Russ.)

41. Moshnikov V.A., Nalimova S.S., Seleznev B.I. Gas-sensitive layers based on fractal-percolation structures. Semiconductors. 2014;48(11):1499-1503. DOI:10.1134/S1063782614110177

42. Montaldi J, Smolyanov OG. Feynman path integrals and Lebesgue–Feynman measures. Doklady Mathematics. 2017;96(1):368-372. DOI:10.1134/S1064562417040226

43. Tsitsiashvili GSh, Osipova MA, Losev AS. Derivation of asymptotic constants for the disconnection probability of a planar weighted graph. Prikladnaya diskretnaya matematika. 2014;2:97-100. (In Russ.)

44. Kuznetsov VM, Khromov VI. Fractal representation of the Debye theory for studying the heat capacity of macro-and nanostructures. Technical Physics. 2008; 53(11):1401-1406. DOI:10.1134/S1063784208110029

45. Goryachev NS, Kukushkin VI, Belik AY, Rybkin AY, et al. Using SERS and SEF spectroscopy to detect fullerene-dye dyads in water and biological structures. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2022;86(4):418-422. DOI:10.3103/S1062873822040116


Рецензия

Для цитирования:


Тумаркина Д.Д., Бутковский О.Я., Бухаров Д.Н., Буракова И.В., Бураков А.Е., Аракелян C.М. Топологическая лазерная термодинамика в технологиях управления функциональными характеристиками высокоэнтропийных сплавов с поверхностными дендритными структурами. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2025;10(4):329-341. https://doi.org/10.17277/jamt-2025-10-04-329-341

For citation:


Tumarkina D.D., Butkovsky O.Ya., Bukharov D.N., Burakova I.V., Burakov A.E., Arakelian S.M. Topological laser thermodynamics in technologies for controlling the functional characteristics of high-entropy alloys with dendritic surface structures. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2025;10(4):329-341. https://doi.org/10.17277/jamt-2025-10-04-329-341

Просмотров: 90

JATS XML


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-2192 (Print)
ISSN 2782-2206 (Online)