Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінде философия докторы (PhD) дәрежесін алу үшін Байрбаева Гүлдәри Бақайқызы «8D05323 – Техникалық физика» білім беру бағдарламасы бойынша «Цирконий диоксидінің физикалық қасиеттерін моделдеу» тақырыбында диссертациясы қорғалады.
Диссертация Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «Техникалық физика кафедрасы» кафедрасында орындалды.
Қорғау тілі - орыс тілінде
Ресми рецензенттер:
Жантурина Нургуль Нигметовна – ф.-м.ғ.к., қауымдастырылған профессор, Физика кафедрасының профессоры, Қ. Жұбанов атындағы Ақтөбе өңірлік мемлекеттік университеті, Ақтобе қаласы, Қазақстан Республикасы;
Копбалина Қымбат Бағдатқызы – философия докторы (PhD), Әбілқас Сағынов атындағы Қарағанды техникалық университетінің физика кафедрасының аға оқытушысы, Қарағанды қаласы, Қазақстан Республикасы.
Диссертациялық кеңестің уақытша мүшелері:
Абуова Айсулу Усеновна – философия докторы (PhD), «Техникалық физика» кафедрасының қауымдастырылған профессоры, Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті, Астана қаласы, Қазақстан Республикасы;
Тұрлыбекұлы Аманжол – философия докторы (PhD), қауымдастырылған профессор, «National Laboratory Astana» ЖМ жетекші ғылыми қызметкері, Назарбаев Университеті, Астана қ., Қазақстан Республикасы;
Ильясов Бауржан Рашитович – физика мамандығы бойынша философия докторы (PhD), қауымдастырылған профессор, Интеллектуалды жүйелер мектебінің директоры, Astana IT University, Астана қаласы, Қазақстан Республикасы.
Ғылыми кеңесшілері:
Салиходжа Жусупбек Мухамеджанулы – физика-математика ғылымдарының кандидаты, Техникалық физика кафедрасының доценті, Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ, Астана қаласы, Қазақстан Республикасы;
Доломатов Михаил Юрьевич – химия ғылымдарының докторы, Уфа мемлекеттік мұнай техникалық университетінің профессоры Уфа қаласы, Ресей Федерациясы.
Қорғау 2026 жылғы 25 маусым, сағат 13:00 Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «8D05323 – Техникалық физика» білім беру бағдарламасы бойынша «8D053 – Физикалық және химиялық ғылымдар» кадрларды даярлау бағыты бойынша диссертациялық кеңесте өтеді. Диссертациялық кеңес мәжілісі офлайн және онлайн форматта өткізіледі деп жоспарлануда.
Сілтемесі: https://share.kz/g5JnZ
Мекен-жайы: Астана қаласы, Қажымұқан көшесі, 13, №3 оқу ғимараты № 310 аудитория
Аңдатпа (қаз.): Диссертациялық зерттеудің мақсаты — ZrO2-нің электрондық және серпімділік қасиеттерін, Mg2+, Ca2+ және Y3+ иондарының оның электрондық құрылымына әсерін зерттеу, сондай-ақ c-ZrO2-дегі иондық өткізгіштіктің заңдылықтарын анықтау. Зерттеу міндеттері 1. c-ZrO2, t-ZrO2 және m-ZrO2 кристалдарының геометриялық параметрлерін оңтайландыру. 2. Таза c-ZrO2, t-ZrO2 және m-ZrO2 кристалдарының электрондық қасиеттерін зерттеу. 3. 0–80 ГПа гидростатикалық қысым жағдайында c-ZrO2, t-ZrO2 және m-ZrO2 кристалдарының серпімділік қасиеттерін есептеу. 4. Mg2+, Ca2+ және Y3+ алмастыру иондарымен тұрақтандырылған c-ZrO2, t-ZrO2 және m-ZrO2 кристалдарының зоналық құрылымын кванттық-химиялық тұрғыдан зерттеу. 5. Mg2+, Ca2+ және Y3+ алмастыру иондарымен тұрақтандырылған c-ZrO2 кристалындағы иондық өткізгіштікті модельдеу. Зерттеу әдістері Барлық есептеулер тығыздық функционалы теориясы (ТФТ) негізінде CRYSTAL-23 бағдарламасында орындалды. Таза ZrO2 кристалын модельдеу кезінде B3LYP, B3PW, PBE, PBEsol, LDA, PWGGA, HSE06, SCAN сияқты әртүрлі гибридті емес және гибридті алмасу-корреляциялық функционалдар қолданылды. Зоналық құрылымды, оттегі вакансияларының миграциясын, сондай-ақ жоғары қысым жағдайындағы таза цирконий диоксидінің серпімділік қасиеттерін зерттеуді қоса алғанда, барлық есептеулер үшін бейлокальды гибридті алмасу-корреляциялық B3LYP функционалы пайдаланылды. Аталған функционал таза ZrO2 үшін де, Mg2+, Ca2+ және Y3+ алмастыру иондарымен тұрақтандырылған жүйелер үшін де қолданылды. ТФП әдісімен модельденген c-ZrO2, t-ZrO2 және m-ZrO2 кристалдарының құрылымдық және электрондық қасиеттері эксперименттік нәтижелермен жақсы сәйкес келеді. Қорғауға ұсынылған негізгі тұжырымдар (дәлелденген ғылыми гипотезалар және жаңа білім болып табылатын басқа да тұжырымдар) 1. B3LYP функционалын қолдана отырып c-ZrO2, t-ZrO2 және m-ZrO2 кристалдарын модельдеу кезінде алынған тор тұрақтысы мен тыйым салынған аймақ ені мәндері эксперименттік деректермен жақсы үйлеседі. 2. Кристалдар гидростатикалық қысым жағдайында механикалық тұрақтылығын сақтайды: c-ZrO2 үшін 80 ГПа-ға дейін, t-ZrO2 үшін 65 ГПа-ға дейін және m-ZrO2 үшін 20 ГПа-ға дейін. Қысым артқан сайын барлық фазалар үшін серпімділік тұрақтылары және B, Y, G серпімділік модульдері ұлғаяды. Тыйым салынған аймақ ені c-ZrO2 және m-ZrO2 үшін артады, ал t-ZrO2 үшін 15–40 ГПа аралығында күрт төмендейді. 3. Mg2+, Ca2+ және Y3+ алмастыру иондарын c-ZrO2, t-ZrO2 және m-ZrO2 құрылымына енгізу Ферми деңгейінен жоғары орналасқан, оттегі вакансияларына сәйкес келетін локальды электрондық деңгейлердің түзілуіне әкеледі. Бұл ретте алмастыру иондарының электрондық күйлер тығыздығына қосатын үлесі мардымсыз. 4. Mg2+, Ca2+ және Y3+ қоспалық алмастыру иондарын c-ZrO2 құрылымына енгізу қоспалық катиондар миграция сызығынан алыс орналасқан жағдайда құрылымның тұрақтануына және оттегі ионының активтену энергиясының төмендеуіне ықпал етеді. Зерттеудің негізгі нәтижелерінің сипаттамасы Бұл диссертациялық жұмыста тығыздық функционалы теориясы аясында B3LYP гибридті алмасу-корреляциялық функционалын қолдану арқылы таза және легирленген c-ZrO2-нің электрондық, миграциялық және серпімділік қасиеттері зерттелді. Жүргізілген есептеулер таңдалған тәсілдің цирконий диоксидінің тыйым салынған аймақ енін, электрондық құрылымын, оттегі вакансияларының миграциялық сипаттамаларын және гидростатикалық қысым әсерінен серпімділік параметрлерінің өзгеруін адекватты сипаттауға мүмкіндік беретінін көрсетті. Таза c-ZrO2 үшін есептелген құрылымдық және электрондық параметрлердің эксперименттік және әдеби деректермен жақсы сәйкестігі алынды; B3LYP бойынша тыйым салынған аймақ ені шамамен 5,75 эВ құрайды. Кристалдар гидростатикалық қысым жағдайында механикалық тұрақтылығын сақтайды: c-ZrO2 үшін 80 ГПа-ға дейін, t-ZrO2 үшін 65 ГПа-ға дейін және m-ZrO2 үшін 20 ГПа-ға дейін. Қысым артқан сайын барлық фазалар үшін C11, C12, C44 серпімділік тұрақтылары және B, Y, G модульдері ұлғаяды, бұл материалдың қаттылығы мен деформацияға төзімділігінің артатынын көрсетеді. Тыйым салынған аймақ ені c-ZrO2 үшін артады, ал t-ZrO2 үшін 15–40 ГПа аралығында күрт төмендейді. c-ZrO2 құрылымын Mg2+, Ca2+ және Y3+ алмастыру иондарымен тұрақтандыру кезінде оттегі вакансияларының қатысуымен зарядтық-компенсацияланған ақаулық кешендер түзіледі. Бұл ақаулар құрылымның термодинамикалық тұрақтылығын және оттегінің миграция энергиясын анықтайды. Zr4+ иондарын екі валентті Mg2+ және Ca2+ катиондарымен алмастыру жергілікті электростатикалық өрістің айқынырақ бұзылуына әкеледі. Ал Y3+ жағдайында Zr4+ ионымен зарядтық сәйкессіздік аз болғандықтан, оттегі ішкі торының бұрмалануы жұмсағырақ сипатқа ие болады. Mg2+ алмастыру иондарымен тұрақтандыру кезінде Mg2+ иондары санының артуымен толық энергияның біртіндеп төмендейтіні анықталды. Mg2+ иондары миграция сызығы бойында орналасқан жағдайда толық энергия мәндері Zr31Mg1O63, Zr30Mg2O63 және Zr29Mg3O61 үшін тиісінше −173916,22, −176037,62 және −178159,57 эВ құрайды. Бұл ақаулық құрылымның тұрақтануын растайды. Алайда миграция энергиясы Mg2+ иондарының орналасуына тәуелді. Миграция сызығы бойында тосқауылдардың 2,4–3,31 эВ-қа дейін артуы мүмкін, ал миграция сызығынан тыс орналасқанда максималды мәндер 1,05–1,34 эВ-тен аспайды. c-ZrO2 құрылымын Ca2+ иондарымен тұрақтандыру да Ca2+ иондары санының артуымен толық энергияның төмендеуіне әкеледі: Zr31Ca1O63, Zr30Ca2O62 және Zr29Ca3O61 үшін тиісінше −186899,28, −202012,34 және −217126,06 эВ. Ca2+ иондары миграция сызығы бойында орналасқан кезде жоғары энергетикалық тосқауылдар қалыптасады: Бір Ca2+ үшін 2,5 эВ, екі Ca2+ үшін 4,4 эВ және үш Ca2+ үшін 3,0 эВ. Ca2+ иондары миграция сызығынан тыс орналасқанда тосқауылдар едәуір төмен болып, тиісінше 1,15, 1,40 және 1,05 эВ құрайды. Демек, Ca2+ құрылымды тұрақтандырады, бірақ миграция сызығы бойында орналасқан жағдайда O2- иондарының тасымалдануын айтарлықтай қиындатуы мүмкін. Y3+ алмастыру иондарымен тұрақтандырылған c-ZrO2 үшін оттегінің миграция энергиясы төменірек болатыны тән. c-Zr30Y2O63 конфигурациясында Y3+ иондары миграция сызығы бойында орналасқан кезде максималды тосқауыл шамамен 5,7 эВ құрайды, ал энергия минимумы 0 эВ-қа жақын болады. Y3+ иондары миграция сызығынан тыс орналасқанда энергия периодты түрде өзгереді, ал жергілікті максимумдар шамамен 1,1 эВ-қа жетеді. Бұл Mg2+ және Ca2+ иондары бар жүйелермен салыстырғанда электростатикалық өрістің біркелкілеу екенін және жергілікті бұрмалану дәрежесінің төмен екенін көрсетеді. Алынған нәтижелердің жаңалығы мен маңыздылығының негіздемесі Автор алған негізгі жаңа нәтижелер: 1. B3LYP әдісімен есептелген таза c-ZrO2, t-ZrO2 және m-ZrO2 кристалдарының тыйым салынған аймақ ені 5,75 эВ құрайтыны көрсетілді. 2. c-ZrO2, t-ZrO2 және m-ZrO2 кристалдарында оттегі вакансияларының түзілуі материалдың электрондық құрылымын едәуір өзгертетіні көрсетілді. 3. Mg2+, Ca2+ және Y3+ алмастыру иондарының оттегі вакансиясының миграциясына әртүрлі әсер ететіні анықталды: Mg2+ бар конфигурациялар үшін тосқауылдар 0,96–1,32 эВ, Ca2+ бар конфигурациялар үшін 1,05–4,4 эВ құрайды, ал Y3+ иондарымен алмастыру кезінде миграция жолынан тыс орналасқан жағдайда максималды тосқауыл 0,65 эВ-қа дейін төмендейді. 4. Миграциялық тосқауылдың ең үлкен артуы Y3+иондары тасымал траекториясы бойында орналасқан кезде байқалатыны анықталды, бұл жағдайда оның мәні 5,7 эВ-қа жетеді. Керісінше, Y3+ қоспасы миграция жолынан тыс таралған жағдайда оттегі иондарының миграциясы үшін ең қолайлы жағдай жасайды. Ғылымның даму бағыттарына немесе мемлекеттік бағдарламаларға сәйкестігі Диссертациялық жұмыс Қазақстан Республикасында іске асырылатын ғылымды дамытудың басым бағыттарына сәйкес келеді және жаңа ғылыми негізделген теориялық нәтижелерді қамтиды, олардың жиынтығы зерттелетін ғылыми бағыттарды дамыту үшін маңызды. Ізденушінің әрбір жарияланымды дайындаудағы үлесін сипаттау Диссертациялық жұмыстағы барлық теориялық есептеулер, алынған нәтижелерді өңдеу мен талдау автордың ғылыми кеңесшілерімен бірлесіп орындалды. Нәтижелерді өңдеу мен талдау ғылыми кеңесшілермен бірлесіп орындалды. Диссертациялық зерттеу материалдары бойынша Web of Science және Scopus халықаралық дерекқорларында индекстелетін рецензияланатын ғылыми журналдарда 2 мақала жарияланды: Жұмыстың апробациясы Диссертациялық зерттеу нәтижелері халықаралық ғылыми конференциялардың еңбектер жинақтарында жарияланған 3 тезис түрінде ұсынылды: - 12th International Conference Luminescent Detectors and Transformers of Ionizing Radiation, Рига, Латвия, 2025; - 21ST International Conference on Defects in Insulating Materials (ICDIM) Астана, Казахстан, 2025; - 10th International Congress «Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE-2024 online), Томск, Россия 2024. Диссертацияның құрылымы мен көлемі Диссертация кіріспеден, бес бөлімнен, қорытындыдан және пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады. Жұмыстың жалпы көлемі 123 машинкамен терілген беттен тұрады, оның ішінде 65 сурет, 9 кесте және 206 пайдаланылған әдебиет көзі бар.
Зерттеулерді этикалық бағалау жөніндегі комиссияның қорытындысы
Диссертациялық кеңестің шешімі
Диссертация қорғауының бейнежазбасы: https://www.youtube.com/watch?v=_6GDIAn-xXw
