Енергетичнi характеристики поверхневих шарiв i фiзико-механiчнi властивостi твердих тiл

– визначення поверхневої енергії:

а) в електропровідних твердих тілах з урахуванням перерозподілу електричних зарядів, радіаційного опромінення та геометрії поверхонь;

б) в електропровідних твердих тілах з урахуванням насичення домішкою та нагріву;

в) в діелектричних твердих тілах з урахуванням перерозподілу зв’язаних електричних зарядів і радіаційного опромінення;

г) в електропровідних та діелектричних твердих тілах, стан яких близький до границь текучості і міцності.

Наукова новизна:

1) З урахуванням потокiв частинок, нагрiву i механічного навантаження розроблено узагальнену термодинамiчну модель і на її основі теорію міжфазних ефектів для електропровідних і діелектричних твердих тiл, що дозволяє описати зв’язок параметрiв стану iз змiнами поверхневої енергiї Ws.

На основi нової моделi і відповідних їй критеріальних співвідношень:

2) проведено оцiнку нових фiзичних характеристик матерiалу багатокомпонентних твердих тiл, зокрема для поверхневих шарів;

3) запропоновано методику i вперше дослiджено закономірності змiн поверхневої енергії Ws для електропровiдних тiл, пов’язаних iз неоднорідним розподілом електричних зарядів і напружень у поверхневих шарах, які контактують з неелектропровiдним газовим середовищем;

4) вперше дослiджено змiни поверхневої Ws i мiжфазної Wм енергiй у зразках металiв та дiелектрикiв, що контактують з повiтрям i активним середовищем, з урахуванням точкових дефектів, подвiйного електричного шару на мiжфазнiй границi, розмiрного та масштабного ефектів;

5) розроблено нові методики для вивчення закономiрностей розмiрного ефекту мiцностi в тiлах канонiчної форми, стан яких близький до границь текучостi та мiцностi;

6) виявлено новi закономiрностi змiни термодинамiчних параметрiв стану, викликанi особливостями електричних i механiчних властивостей поверхневих шарiв, з врахуванням форми та розмiрiв зразкiв і характеру зовнiшнiх факторiв;

7) встановлено та проаналiзовано залежність поверхневої та ефективної поверхневої енергій від напружень і на основі цього вдосконалено критерiї мiцностi твердих тiл, при деформуваннi яких у пружнiй областi може суттєво змiнюватись поверхневий натяг ss, а в непружнiй – спостерiгається вплив розмiрного фактора на мiцнiсть та руйнування.

Практичне значення одержаних результатiв. Розроблена методика побудови граничних і критеріальних співвідношень дає можливість формувати термодинамічні моделі для твердих тіл, що знаходяться в екстремальних умовах внаслідок впливу зовнішніх фізико-механічних полів.

На прикладi аналiзу результатiв вiдомих експериментiв у конкретних задачах обгрунтовано достовірність теорії поверхневої енергії. Результати дослiджень є базою для розробки вiдповiдного алгоритмiчного та програмного забезпечення для ЕОМ. На основi комп’ютерного моделювання дослiджено зв’язок змiн поверхневої енергiї з параметрами мiцностi твердих тiл (для елементiв лазерiв, термопар, електричних зондiв, полiуретанових деталей полiграфiчних машин, скляних оболонок електронно-променевих приладiв, контактних морських електродiв тощо), якi пiддаються впливу механiчних навантажень, активних середовищ, потокiв частинок i фотонiв та нагрiву. Зокрема, результати дослiджень закономiрностей розмiрного ефекту у плiвках Zr02, Hf02 використано на ВО “Полярон” (м. Львiв) для розробки технологiї вiдпалу лазерних трубок, що пiдтверджено вiдповiдним актом. Врахування розмiрного ефекту дозволило уникнути критичних ситуацiй, при яких могла би бути порушена мiцнiсть і стабільність структури плiвок лазерних дзеркал в умовах вiдпалу, а також при експлуатації.

Запропоновані підходи, модель, критерії, алгоритми можуть бути використані для створення нового покоління інформаційно-вимірювальних пристроїв і розробки методики для дослідження фізичних процесів у їх чутливих елементах, які контактують з плазмою і агресивними середовища-ми при дії фотонів та потоків частинок.

Апробацiя роботи. Основнi положення та окремi результати роботи доповiдались бiльше нiж на 40 наукових конференцiях i симпозiумах:

1) Другій Всесоюзнiй конференцiї з термодинамiки незворотнiх процесiв (Чернiвцi, 1984) ; 2) Другій Всесоюзнiй конференцiї з фiзико-механiчних властивостей матерiалiв i конструкцiй при низьких температурах (Київ, 1986) ; 3) 3 Всесоюзному семiнарi “Гидродинамика больших скоростей” (Красноярск, 1987) ; 4) 6 Всесоюзнiй конференцiї iз засобiв вимiрювання температури (Луцьк, 1988) ; 5) Міжнародному симпозіумі “Информатика-89” (Минск, 1989) ; 6) 1 Міжнародній конференцiї “Интерприбор-90” (Москва, 1990) ; 7) Другій мiжнароднiй конференцiї “Метрологiя в електронiцi” (Харкiв, 1997) ; 8) Науковiй конференцiї “Диагноз состояния экосистем Черного моря и зоны сопряжения суши и моря” (Севастополь, 1997) i т. д.

Публiкацiї. Основнi результати дисертацiї опублiковано в 38 статтях i 1 авторському свiдоцтвi на винахiд (в тому числi 20 статей одноосiбних). Перелік основних 32 публікацій наведено в кінці автореферату.

Особистий внесок. Усі результати, що складають основний зміст да-ної роботи, отримані автором самостійно і в процесі розв’язання пробле-ми ним сформовано послідовний цикл дослiджень. У працях, виконаних з iншими авторами [9-11, 17, 18, 20-22, 24-27], дисертанту належать: теоретична модель; методики оцiнки фiзичних характеристик матерiалу зразкiв; методикирозв’язування задач; алгоритмiчне забезпечення i числовi розрахунки з допомогою ЕОМ; узагальнення основних закономiрностей; рекомендацiї щодо експлуатацiї термопар, лазерiв, електричних зондiв, деталей полiграфiчних машин у виробничих умовах.

У [29] розроблено методику врахування поверхневих ефектів у аерозо-лях та досліджено вплив поверхневих розподілів електричних зарядів на особливості взаємодії електромагнітного випромінювання з електропровід-ними твердими частинками пилу. Побудовано алгоритм розв’язку інтегрального рівняння аерозольного світлорозсіювання.

У [32] використано розроблену в працях [26, 27] теорію розмірного ефекту у зразках поліуретану для розрахунків режимів натягу поліурета-нових елементів і вдосконалення пристрою друкарської машини.

З робiт, написаних у спiвавторствi, в дисертацiю включено результати, отриманi автором особисто.