Защита диссертации Калиекперова Малика Ерлановича на соискание степени доктора философии (PhD) по специальности «8D05305 - Ядерная физика»
В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Калиекперова Малика Ерлановича на тему «Изучение эффективности экранирования электронного и гамма-излучения композитными пленками XBi2O4 – шпинельного типа» по образовательной программе «8D05305 – Ядерная физика».
Диссертация выполнена на кафедре «Ядерной физики, новых материалов и технологий» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.
Язык защиты - на русском
Официальные рецензенты:
Мясникова Людмила Николаевна - кандидат наук, ассоциированный профессор, Организация
1Ногай Адольф Сергеевич
Временные члены Диссертационного совета:
Таткеева Галина Галимзяновна
Витюк Владимир Анатольевич
Лесбаев Бақытжан Тастанович
Меренцов Александр Ильич
Научные консультанты:
Козловский Артем Леонидович – доктор философии (PhD) по специальности «6D060500 – Ядерная физика», ассоциированный профессор, преподаватель-исследователь кафедры «Ядерная физика, новые материалы и технологии» в Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева, город Астана, Республика Казахстан
Канюков Егор Юрьевич – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Государственного научно-производственного объединения «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению», город Минск, Республика Беларусь.
Защита состоится: 28 июня 2024 года 12:00 часов в Диссертационном совете по направлению подготовки кадров «8D053 – Физические и химические науки» по специальности «8D05305 – Ядерная физика» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Проведение заседания диссертационного совета в онлайн формате.
Ссылка: https://clck.ru/3Anfr3
Адрес: город Астана, улица К. Сатбаева, 2, Главный корпус, конференц-зал (№ 302 ауд.).
Аннотация (рус.): АННОТАЦИЯ диссертационной работы Калиекперова Малика Ерлановича «Изучение эффективности экранирования электронного и гамма-излучения композитными пленками XBi2O4 – шпинельного типа», представленной на соискание степени доктора философии (PhD) по образовательной программе «8D05305 – Ядерная физика» Цель диссертационного исследования Цель диссертационного исследования заключается в определении эффективности применения CuBi2O4 пленок, полученных с применением метода электрохимического осаждения, в качестве экранирующих материалов для снижения интенсивности ионизирующего излучения. Задачи исследования 1. Отработка технологии получения пленок с применением метода электрохимического синтеза, а также изучения влияния варьирования разности прикладываемых потенциалов на фазовый состав получаемых пленок. 2. Определение влияния вариации фазового состава пленок, связанного с формированием примесных оксидных включений на устойчивость к внешним воздействиям, а также прочностные характеристики (износостойкость и твердость). 3. Исследование влияния формирования примесных включений на устойчивость к деградации в результате воздействия агрессивных сред, а также термического старения. 4. Изучение эффективности экранирования гамма- и электронного излучения с использованием полученных пленок в качестве защитных экранирующих материалов. Определение влияния примесных включений и элементного состава пленок на эффективность экранирования. Методы исследования В качестве основного метода для получения пленок был использован метод электрохимического синтеза, варьирование условий которого (разности прикладываемых потенциалов, температуры и состава электролита) позволяет получать пленки с заданным фазовым составом, а также определенной толщины. При этом выбор данного метода для получения тонких пленок обусловлен возможностями нанесения пленок практически на любую поверхность или материал, а также возможностью масштабирования технологии нанесения пленок в полупромышленном или промышленном масштабе. Характеризация полученных пленок проводилась с использованием методов атомно-силовой микроскопии, рентгеновской дифракции и энерго-дисперсионного анализа, совокупность которых позволила определить зависимости изменения морфологических, структурных особенностей, а также изменения элементного и фазового состава пленок в случае вариации условий синтеза (изменении разности прикладываемых потенциалов). Определение влияния разности прикладываемых потенциалов на изменение прочностных свойств синтезированных пленок было выполнено с применением методов определения твердости и износостойкости пленок при внешних механических воздействиях. Эффективность экранирования гамма – излучения была оценена с применением стандартного метода определения разницы интенсивности излучения при его детектировании без защитного экрана и с защитным экраном, а также последующим вычислением линейного и массового коэффициентов ослабления гамма – излучения. Определение эффективности экранирования электронного излучения было осуществлено с применением методики определения работоспособности микросхем путем измерений отклонений вольт – амперных характеристик (ΔU) выше порогового значения ΔU=0.1 В, являющегося критическим параметром определения работоспособности микроэлектронных устройств, подвергнутых воздействию ионизирующего излучения. Основные положения, выносимые на защиту: 1. Установлено, что варьирование разности потенциалов с 1.0 до 2.5 В приводит к вытеснению кубической фазы Cu2O и полному доминированию тетрагональной фазы CuBi2O4, а в случае увеличения разности прикладываемых потенциалов выше 5.0 наблюдается формирование примесной фазы Bi2O3. 2. Определено, что формирование композитных пленок типа Bi2O3/ CuBi2O4, получаемых при разностях потенциалов выше 5.0 В приводит к увеличению устойчивости к износостойкости на 15–20 % в сравнении с однофазными CuBi2O4 пленками. 3. Установлено, что наличие в структуре CuBi2O4 пленок включений в виде Bi2O3 приводит к увеличению устойчивости к коррозии и снижению скорости структурной деградации более чем в 10 раз в сравнении с пленками, в составе которых имеются включения оксида меди. 4. Определено, что формирование двухфазных Bi2O3/CuBi2O4 пленок, полученных при разности прикладываемых потенциалов 5.5–6.0 В приводит к увеличению эффективности экранирования порядка 0.75–0.77 величины эффективности экранирования свинца. Описание основных результатов исследования Определено, что при разностях потенциалов выше 5.0 В в составе CuBi2O4 пленок наблюдается формирование примесных включений в виде Bi2O3, содержание которых составляет порядка 2.5–7.7 вес. % при увеличении разности прикладываемых потенциалов. В ходе анализа полученных данных рентгеновской дифракции исследуемых CuBi2O4 пленок было установлено, что формирование примесных включений оказывает деформационное искажение на структуру пленок, а также увеличение параметров кристаллической решетки в результате больших концентраций висмута. Получены результаты оценки влияния изменений условий синтеза (вариации разности прикладываемых потенциалов) на прочностные свойства CuBi2O4 пленок. Определено, что при наличии в составе пленок примесной фазы Cu2O значение твердости составляет порядка 12.4–14.5 HV, в то время как для пленок, не содержащих примесной фазы значение твердости, составляет порядка 18–21 HV. При этом формирование в пленках примесных включений в виде Bi2O3 приводит к увеличению твердости в 1.3–1.4 раза в сравнении с пленками, содержащими примеси в виде Cu2O. Такое упрочнение обусловлено эффектом армирования за счет наличия включений Bi2O3 в структуре пленок. В ходе коррозионных испытаний образцов CuBi2O4 пленок в модельном растворе 0.1 M NaCl было установлено, что наименее устойчивы к деградации являются пленки, полученные при разности прикладываемых потенциалов 1.0 – 2.5 В, в составе которых имеются включения в виде оксидной фазы Cu2O, наличие которой приводит к ускоренной деградации пленок, связанной с образованием включений в виде оксидных фаз меди и структурному разупорядочению. Анализ прочностных характеристик CuBi2O4 пленок после испытаний на коррозию и термическое старения показал, что наличие в составе пленок включений в виде Bi2O3 приводит к увеличению устойчивости к разупрочнению при длительных временах нахождения образцов в агрессивных средах и термическом воздействии. Определена эффективность экранирования гамма – и электронного излучения с использованием CuBi2O4 пленок, полученных с применением метода электрохимического осаждения. Сравнительный анализ эффективности экранирования гамма – излучения с помощью CuBi2O4 пленок показал, что формирование в составе пленок фазы Bi2O3, а также увеличение концентрации висмута приводит к повышению эффективности снижения интенсивности гамма – излучения, а сама величина эффективности экранирования в сравнении со свинцом для Bi2O3/CuBi2O4 пленок составляет порядка 0.75–0.77. В ходе проведенных исследований, направленных на изучение определения эффективности защиты от негативного воздействия электронного излучения было установлено, что наиболее эффективными являются пленки типа Bi2O3/CuBi2O4, использование которых позволяет снизить эффект сбоев (изменение величины ∆U выше 0.1 В) микросхем при высокодозном облучении электронами с энергиями 1.0 и 2.5 В, а также сохранить стабильность работоспособности микросхем при малых дозах облучения (не выше 100 кГр) при энергиях электронах 5.0 МэВ. Описание новизны и важности полученных результатов С применением метода электрохимического осаждения отработана технология получения Cu2O/CuBi2O4/Bi2O3 пленок с возможностью вариации фазового состава (соотношения фаз), а также управлением структурными и прочностными параметрами. На основе полученных данных определена динамика фазовых превращений синтезируемых пленок в зависимости от разности прикладываемых потенциалов. В ходе проведенных трибологических испытаний было установлено положительное влияние наличия примесных включений в виде оксидной фазы Bi2O3 в составе CuBi2O4 пленок на повышение устойчивости к износу и прочностных характеристик. Увеличение устойчивости к износу для CuBi2O4 пленок в составе которых содержится примесная фаза Bi2O3, обусловлено армирующими свойствами данного оксида, приводящего к повышению прочностных характеристик. Результаты влияния вариации разности прикладываемых потенциалов на изменение фазового состава, в частности возможности формирования примесных включений в виде оксидных фаз меди и висмута в составе CuBi2O4 пленок в дальнейшем могут быть использованы для промышленного производства защитных покрытий на основе CuBi2O4 пленок. При этом использование метода электрохимического осаждения позволит наносить подобные защитные покрытия на практически любые поверхности различной геометрии, а высокие экранирующие показатели данных пленок могут быть использованы не только для защиты от ионизирующего излучения, но и электромагнитного воздействия. В ходе исследований было установлено, что формирование в структуре пленок включений в виде Bi2O3 приводит к увеличению устойчивости к деградации, а также снижению скорости структурного разупорядочения и разупрочнения пленок практически на порядок в сравнении с пленками, в составе которых имеются включения оксида меди. При этом полученные результаты устойчивости к деградации, а также данные о гидрофобности пленок в дальнейшем могут быть использованы для создания гидрофобных защитных покрытий, обладающих высокой износостойкостью и устойчивостью к высокотемпературным воздействиям. Высокие показатели устойчивости Bi2O3/CuBi2O4 пленок к износостойкости при механическом воздействии показали перспективность использования данных пленок, не только в качестве экранирующих материалов, но и фрикционных покрытий, обладающих высокой устойчивостью к износу при длительном механическом воздействии. Установленный армирующий фактор повышения износостойкости пленок за счет включения в состав примесной фазы Bi2O3 в дальнейшем может быть использован при выборе покрытий, обладающих высокими показателями износостойкости, а также использования данных включений для повышения прочностных характеристик подобных типов пленок. Результаты экспериментальных работ, связанных с изучением экранирующих характеристик в дальнейшем могут быть использованы при выборе перспективных композитных материалов, обладающих высокими показателями экранирования для использования их в качестве защитных экранирующих материалов в микроэлектронике. Соответствие направлениям развития науки или государственным программам Диссертационное исследование было выполнено в рамках грантового финансирования МНВО РК по теме проекта AP14871152 «Синтез CuBi/CuBi2O4 пленок – перспективных материалов для создания защитных покрытий от электромагнитного и ионизирующего излучения», (период реализации 2022–2024 гг.). Описание вклада соискателя в подготовку каждой публикации Отработка технологии получения CuBi2O4 пленок с применением метода электрохимического осаждения, а также характеризация полученных образцов с применением методов атомно – силовой микроскопии для определения морфологических особенностей полученных пленок и энерго-дисперсионного анализа с целью установления зависимости изменения соотношения элементов при вариации условий синтеза были выполнены соискателем лично. Изучение фазовых трансформаций в CuBi2O4 пленках при изменении условий их получения были выполнены соискателем совместно с сотрудниками Лаборатории инженерного профиля Евразийского национального университета им. Л.Н. Гумилева. Эксперименты по экранированию гамма – и электронного излучения с целью определения эффективности использования CuBi2O4 пленок в качестве защитных экранирующих материалов были выполнены соискателем совместно с сотрудниками Лаборатории радиационных воздействий ГО «НПЦ НАН Беларуси по материаловедению» (г. Минск, Беларусь) и Лаборатории физики твердого тела Астанинского филиала Института ядерной физики МЭ РК (г. Астана, Казахстан). Все основные выводы и положения, выносимые на защиту, основанные на проведенных экспериментальных работах были согласованы соискателем с научными консультантами в период выполнения научных исследований и подготовки диссертации. Основные результаты проведенных исследований были опубликованы в 1 статье, в высокорейтинговом научном издании, индексирующихся в базах данных Web of Science Core Collection и Scopus, 3 статьях в изданиях рекомендованных КОКСНВО МНВО РК и 5 тезисах докладов в сборниках международных конференций. Результаты работы были представлены на следующих научных конференциях в виде докладов: 21st International Conference on Radiation Effects in Insulators (REI – 21) (2023 г., Фукуока, Япония), 51-й международная Тулиновская конференция по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (2022 г., Москва, Россия), I Международная научная школа-конференция «Атом. Наука. Технологии» (2022 г., Алматы, Казахстан), X Международная научная конференция «Актуальные Проблемы Физики Твердого Тела» (2023 г., Минск, Беларусь), IV Международный научный форум «ЯДЕРНАЯ НАУКА И ТЕХНОЛОГИИ», посвященный 65-летию Института ядерной физики (2022 г., Алматы, Казахстан).
Отзыв зарубежного консультанта
Заключение комиссии по этической оценке исследований
Решение диссертационного совета
Защита диссертации: https://www.youtube.com/watch?v=xH9cimRjhIQ
