ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КЛАСТЕРОВ ИЗ НАНОТРУБОК ОКСИДА ЦИНКА Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

The gamma function simplifies the evaluation of integrals with factorial-like growth. Optimization Problems

Special functions like the gamma function and beta function are employed in probability distributions for optimization tasks.

Practical Examples Using the Gamma Function

Evaluate the integral:

Solution: Using the gamma function

F

JQ

xne~*dx — Г(п + 1)

рос

/ xne~x dx - Г(п + 1) JO

Here, n=4:

Solving a Boundary Value Problem with Bessel Functions

A circular drum's vibration modes can be modeled using Bessel functions of the first kind, Jn(x), with boundary conditions at the drum's edge.

Conclusion Special functions provide a powerful toolkit for solving mathematical problems that extend beyond the capabilities of elementary functions. Their applications in differential equations, integrals, and optimization demonstrate their importance in theoretical and applied mathematics. Mastery of these functions enables mathematicians and scientists to approach complex problems effectively. References:

1. Abramowitz, M., & Stegun, I. A. (1965). Handbook of Mathematical Functions.

2. Andrews, L. C. (1998). Special Functions of Mathematics for Engineers.

3. Watson, G. N. (1995). A Treatise on the Theory of Bessel Functions.

© Rejepov A., Yazdurdyyev M., 2024

УДК 551.509.617

Будаев А.Х.

младший научный сотрудник, ФГБУ «ВГИ»

г. Нальчик, РФ

ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КЛАСТЕРОВ ИЗ НАНОТРУБОК ОКСИДА ЦИНКА

Аннотация

В статье представлены результаты исследования кластеров оксида цинка. Исходным материалом является цинк с добавлением порошка графита в качестве катализатора. Приведено описание комплекса лабораторного оборудования и метода проведения экспериментов. Кластеры синтезированы в условиях высокой относительной влажности при отрицательных температурах. Согласно результатам исследования кластеры оксида цинка образуют различные модификации размерами от десятков нанометров до сотен микрометров и преимущественно состоят из нанотрубок.

Ключевые слова

облачная камера, оптический микроскоп, электронный микроскоп, реагент, кластеры, нанотрубки, оксид цинка.

Budaev A.Kh.

Junior Researcher, Federal State Budgetary Institution «VGI»

Nalchik, Russia

LABORATORY STUDIES OF REAGENTS BASED ON ZINC OXIDE CLUSTERS

Annotation

The article presents the results of a study of zinc oxide clusters. The starting material is zinc with the addition of graphite powder as a catalyst. The description of the complex of laboratory equipment and the method of conducting experiments is given. The clusters were synthesized under conditions of high relative humidity at subzero temperatures. According to the results of the study, zinc oxide clusters form various modifications ranging in size from tens of nanometers to hundreds of micrometers and mainly consist of nanotubes.

Keywords

cloud camera, optical microscope, electron microscope, reagent, clusters, nanotubes, zinc oxide.

Введение

Мероприятия по проведению активных воздействий на облачные процессы сопряжены с экономическими издержками, связанными с ростом стоимости противоградовых изделий и пиротехнических составов. Широко применяемый в настоящее время штатный пиротехнический состав АД-1 содержит 6-8 % йодистого серебра. Но серебро довольно дорогой металл. Следует отметить, что цинк на порядок дешевле серебра, а частицы оксида цинка обладают льдообразующими свойствами и по эффективности не уступают йодиду серебра. При этом по данным исследований [1] наночастицы оксида цинка, полученные в среде водяного пара, экологически безвредны.

Поэтому актуальной становится задача по получению и исследованию кластеров из нанотрубок оксида цинка для разработки нового класса эффективных льдообразующих реагентов.

Общее описание оборудования

Комплекс лабораторного оборудования включает в себя следующие элементы: большая облачная камера, ультразвуковой парогенератор, устройство для возгонки реагента, оптический микроскоп, электронный микроскоп, подложки, система для подсчета ледяных кристаллов, термометр, измеритель влажности, электронные весы. Состав комплекса представлен на рисунке 1:

Рисунок 1 - Состав типовой установки

Описание метода проведения эксперимента

В лабораторных экспериментах использован метод для получения нанотрубок, представленный в работе [2]. Принцип получения частиц реагента с требуемыми параметрами состоит в высокотемпературной возгонке пробы реагента в условиях высокой относительной влажности. В охлажденной облачной камере создают искусственный туман путем механического диспергирования воды при действии ультразвукового парогенератора. Исследуемый реагент переводят в аэрозоль путем возгонки пробы цинка в облачной камере. На активных ядрах оксида цинка образуются ледяные кристаллы, которые попадают на подложки. Подложки извлекают изучают с помощью оптического и электронного микроскопа.

При нагревании подложки происходит ее нагрев до температур 800-1200 °С и происходит термическая возгонка цинка. Следует отметить, что при возгонке цинка в условиях высокой относительной влажности, происходит взаимодействие металла с водой:

Zn + H2O ^ ZnO + H2Í.

В температурном диапазоне 800-1200 °С происходит частичное восстановление цинка и выделение

воды.

Результаты экспериментов

Серии лабораторных экспериментов показали, что при возгонке цинка образуются кластеры из нанотрубок диаметром до 50 нм (рисунок 2). Размеры кластеров варьируют от десятков нанометров до сотен микрометров.

Рисунок 2 - Кластер из нанотрубок оксида цинка в виде аэрогеля

Также формируются кластеры эллипсоидальной формы, состоящие из плотно упакованных нанотрубок (рисунок 3).

SSM МАО: 25.9 кх WO: 4.96 mm 1 1 II 1 1 1 1 1 1 1 VCOA31VSCAN

Vtow1Md:«.00|m М: И Pttfonnenct In мпмркв

Рисунок 3 - Эллипсоидальный кластер оксида цинка

В пробах встречаются нитевидные кристаллы (рисунок 4). Водяной пар играет основную роль в образовании нитевидных структур оксидов металлов.

Нитевидные кристаллы образуются по механизму «пар-жидкость-твердое тело». Частицы из газовой среды конденсируются на катализаторе и образуют жидкую каплю, при пресыщении металла в капле зарождается и растет нитевидный кристалл.

Рисунок 4 - Нитевидный кристалл оксида цинка

Отметим, что по литературным данным свойства воды зависят от диаметра нанотрубки. Было обнаружено странное свойство воды внутри нанотрубок [3, 4]. При проведении экспериментов с нанотрубками диаметром 1-1,4 нм температура фазовых переходов увеличилась до +150 °С. При изменении диаметра нанотрубки от 1,05 до 1,52 нм температура фазового перехода воды изменялась от +13 до +138 °С [5, 6]. Это явление лежит в основе образования льда на частицах оксидов металлов.

Заключение

Разработан комплекс лабораторного оборудования, метод проведения экспериментов для

исследования кластеров из нанотрубок оксида цинка. Получено, что при возгонке цинка в условиях высокой относительной влажности образуются кластеры из нанотрубок оксида цинка. Они имеют эллипсоидальную форму, а также кластеры в виде аэрогеля. Под воздействием водяного пара из ядра некоторых кластеров растут нитевидные кристаллы. Размеры кластеров варьируют от десятков нанометров до сотен микрометров.

Список использованной литературы:

1. Siddiqi KS, Ur Rahman A, Tajuddin, Husen A. Properties of Zinc Oxide Nanoparticles and Their Activity Against Microbes. Nanoscale Res Lett. 2018 May 8;13(1):141. doi: 10.1186/s11671-018-2532-3. PMID: 29740719; PMCID: PMC5940970

2. Хучунаев Б.М., Байсиев Х.-М.Х., Геккиева С.О., Будаев А.Х. Экспериментальные исследования льдообразующей эффективности пиротехнического состава АД-1 с добавками цинка. Сборник «Труды ГГО», 2020. - № 597. - С. 51-60.

3. Agrawal, K., Shimizu, S., Drahushuk, L. et al. Observation of extreme phase transition temperatures of water confined inside isolated carbon nanotubes. Nature Nanotech. 2017, 12, 267-273. https://doi.org/10.1038/nnano.2016.254.

4. Pascal T.A., Goddard W.A., Jung Y. Entropy and the driving force for the filling of carbon nanotubes with water. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011. Jul 19; 108(29):11794-8. doi: 10.1073/pnas.1108073108. Epub 2011 Jun 27. PMID: 21709268; PMCID: PMC3141970.

5. Winarto, Yamamoto E, Yasuoka K. Water Molecules in a Carbon Nanotube under an Applied Electric Field at Various Temperatures and Pressures. Water. 2017; 9(7):473. https://doi.org/10.3390/w9070473

6. Shayeganfar F, Beheshtian J. and Shahsavari R. First-Principles Study of Water Nanotubes Captured Inside Carbon/Boron Nitride Nanotubes. Langmuir 2018, 34, 37, 11176-11187 Publication Date: August 23, 2018 https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.8b00856

© Будаев А.Х., 2024

УДК 53, 52

Сумачев Ю.Н.

Инженер по метрологии, ФБУ «Тест-С.-Петербург» Санкт-Петербург, Россия

ЭФИР - МАТЕРИАЛЬНАЯ ОСНОВА СТРОЕНИЯ ВСЕЛЕННОЙ

Аннотация

В статье доказывается, что решение отказа от материальной окружающей среды было ошибкой. Рассмотрены физические явления, в которых проявляется влияние эфирной среды на строение Вселенной. К ним относятся гравитация, инерция, вихревые потоки эфира вокруг космических объектов и галактик, масса, свет и другие.

Ключевые слова

Эфир, свет, гравитация, орбитальная скорость, гравитационная энергия.

Abstract

The article proves that decision to abandon the material environment was a mistake. The physical phenomena in which the influence of the ether environment on the structure of the Universe is manifested are