Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2023, выпуск 10 » Статья стр. 1459
<<<>>>
Упрочнение поликристаллического льда наночастицами SiO2
DOI: 10.61011/JTF.2023.10.56284.149-23
Российский научный фонд (РНФ), 22-19-00577
Головин Ю.И. 1,2, Самодуров А.А. 1, Родаев В.В. 1, Тюрин А.И. 1, Головин Д.Ю. 1, Разливалова С.С. 1, Бузник В.М. 1,2
1Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, Тамбов, Россия
2Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
Email: yugolovin@yandex.ru, samsasha@yandex.ru, rodaev1980@mail.ru, tyurinalexander@yandex.ru, tarlin@yandex.ru, razlivalova8@yandex.ru, bouznik@ngs.ru
Поступила в редакцию: 14 июня 2023 г.
В окончательной редакции: 26 июля 2023 г.
Принята к печати: 27 июля 2023 г.
Выставление онлайн: 26 сентября 2023 г.
PDF версия
Представлены результаты упрочнения льда наночастицами диоксида кремния, вводимыми в дистиллированную воду перед ее кристаллизацией. Получены стабильные гидрозоли с содержанием SiO2 в них от 0.003 до 5 wt.%. Выявлены распределения наночастиц по размерам с максимумом вблизи 40 nm и динамика дзета-потенциала в них в течение недели. Методом одноосного сжатия установлены концентрационные зависимости максимальных напряжений, выдерживаемых образцом, модуля Юнга и неупругой деформации до и после достижения пиковой нагрузки. Наибольшее изменение этих характеристик происходило в диапазоне содержания SiO2 от 0.01 до 1 wt.%. Показано, что прочность поликристаллического льда и исследованных ледовых композитов лимитировано стартом и последующим ростом трещин Гриффитса с размерами, близкими к среднему размеру зерен. Ключевые слова: поликристаллический лед, механические свойства, зеренная структура, ледовые композиты, упрочнение наночастицами, соотношения Холла-Петча и Гриффитса.
  1. А.А. Дынкин, В.А. Верниковский, Н.Л. Добрецов, А.Э. Конторович, Н.С. Бортников, М.В. Флинт, Г.А. Романенко, А.Г. Литвак, В.М. Котляков, А.А. Величко, Т.Я. Хабриева, А.Я. Капустин, И.И. Мохов, В.П. Мельников, В.А. Тишков, Н.И. Новикова, Е.А. Пивнева, В.В. Степанов, Л.И. Афтанас, М.И. Воевода, В.П. Пузырев, Л.М. Зеленый, А.Н. Чилингаров, Г.С. Казанин, Г.И. Иванов, Е.С. Макаров, В.И. Павленко, В.В. Рожнов, Л.И. Лобковский, А.И. Ханчук, В.В. Коломейченко, Р.В. Гольдштейн, Ю.В. Цветков, Г.А. Месяц, Р.И. Нигматулин, В.А. Рубаков, Л.Д. Фадеев, В.Е. Фортов, Н.Г. Яковлев, М.Ю. Овчинников, Я.В. Маштаков, С.С. Ткачев, И.Б. Петров, В.Г. Гитис, А.П. Вайншок, А.Б. Дерендяев, В.В. Клименко, В.М. Бузник, Е.Н. Каблов, А.А. Кошурина, В.В. Рожков, Г.Г. Матишов, А.И. Татаркин, В.А. Крюков, П.Я. Бакланов, А.В. Мошков, М.Т. Романов, Н.А. Горячев, Н.В. Гальцева, В.Е. Глотов, П.С. Минюк, А.В. Ложкин, А.С. Астахов, А.Л. Максимов, Я.Н. Семенихин, Е.М. Новосельцев, В.А. Стоник, В.В. Михайлов, Н.П. Похиленко, В.В. Сагарадзе, Н.В. Катаева, С.Ю. Мушникова, Г.Ю. Калинин, В.А. Малышевский, О.А. Харьков, А.М. Асхабов, С.К. Кузнецов, И.Н. Бурцев, В.Д. Богданов, С.В.Корнилков, В.Л. Яковлев, В.Д. Кантемиров. Научно-технические проблемы освоения Арктики (Наука, М., 2015)
  2. В.М. Бузник, Н.П. Бурковская, И.В. Зибарева, Н.П. Андреева, К.Г. Боголицын, Л.Б. Бойнович, С.Ю. Братская, Н.К. Васильев, С.В. Гнеденков, Г.Ю. Гончарова, В.П. Данилов, А.Г. Дедов, А.М. Егорин, А.М. Емельяненко, Л.Н. Ефимова, В.В. Железнов, А.В. Журко, Е.А. Иванова, В.К. Иванов, О.И. Койфман, Д.Ф. Кондаков, Т.А. Кочина, Л.Н. Красильникова, В.И. Лозинский, А.С. Лядов, А.Л. Максимов, Д.В. Машталяр, А.И. Николаев, Е.А. Николаев, А.П. Петрова, С.Н. Попов, Н.П. Пророкова, А.А. Сагомонова, М.А. Санджиева, М.Д. Соколова, Я.А. Tиманцев, С.А. Хатипов, И.Н. Цветкова, Р.Н. Черепанин, О.А. Шилова. Арктическое материаловедение: состояние и развитие (РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, М., 2021)
  3. В.М. Бузник, Е.Н. Каблов. Вестник РАН, 87 (9), 831 (2017). [V.M. Buznik, E.N. Kablov. Herald Russ. Academy Sci., 87 (5), 397 (2017). DOI: 10.1134/S101933161705001X]
  4. L.U. Arenson, W. Colgan, H.P. Marshall. In: Snow and Ice-Related Hazards, Risks, and Disasters, Eds. W. Haeberli, C. Whiteman (Elsevier Inc., 2021), p. 35. DOI: 10.1016/B978-0-12-817129-5.00007-X
  5. J.J. Petrovich. J. Mater. Sci., 38, 1 (2003). DOI: 10.1023/A:1021134128038
  6. E.M. Schulson. J. Minerals, Metals, Mater. Society, 51 (2), 21 (1999). DOI: s11837-999-0206-4-1
  7. G.W. Timco, W.F. Weeks. Cold Regions Sci. Technol., 60, 107 (2010). DOI: 10.1016/j.coldregions.2009.10.003
  8. E.M. Schulson, P. Duval. Creep and Fracture of Ice (Cambridge: Cambridge University Press, 2009)
  9. A. Pronk, N. Vasiliev, J. Belis. Structures and Architecture, 7, 339 (2016). DOI: 10.1201/b20891-45
  10. L.W. Gold. Interdisciplinary Sci. Rev., 29 (4), 373 (2004). DOI: 10.1179/030801804225018783
  11. N.K. Vasiliev, A.D.C. Pronk, I.N. Shatalina, F.H.M.E. Janssen, R.W.G. Houben. Cold Regions Sci. Technol., 115, 56 (2015). DOI: 10.1016/j.coldregions.2015.03.006
  12. J.H. Li, Z. Wei, C. Wu. Mater. Design, 67, 464 (2015). DOI: 10.1016/j.matdes.2014.10.040
  13. Н.К. Васильев, А.А. Иванов, И.Н. Шаталина. Сибирский журнал чистой и прикладной математики, 13 (3), 31 (2013). [N.K. Vasiliev, A.A. Ivanov, I.N. Shatalina. Vestn. Novosib. Gos. Univ., Ser. Mat. Mekh. Inform., 13 (3), 31 (2013).]
  14. О.В. Якименко, В.В. Сиротюк. Усиление ледовых переправ геосинтетическими материалами (СибАДИ, Омск, 2015)
  15. Н.К. Васильев, А.Д.С. Пронк. Изв. Всерос. НИИ гидротехники им. Б.Е. Веденеева, 277, 35 (2015).
  16. A. Pronk, M. Mistur, Q. Li, X. Liu, R. Blok, R. Liu, Y. Wu, P. Luo, Y. Dong. Structures, 18, 117 (2019). DOI: 10.1016/j.istruc.2019.01.020
  17. Y. Wu, X. Liu, B. Chen, Q. Li, P. Luo, A. Pronk. Automation in Construction, 106 (12), 102862 (2019). DOI: 10.1016/j.autcon.2019.102862
  18. А.С. Сыромятникова, Л.К. Федорова. Арктика: экология и экономика, 12 (2), 281 (2022). DOI: 10.25283/2223-4594-2022-2-281-287 [A.S. Syromyatnikova, L.K. Fedorova. Arctic Еcology and Еconomy, 12 (2), 281 (2022). DOI: 10.25283/2223-4594-2022-2-281-287]
  19. N.K. Vasiliev. Cold Regions Sci. Technol., 21, 195 (1993). DOI: 10.1016/0165-232X(93)90007-U
  20. A.S. Syromyatnikova, A.M. Bol'shakov, A.V. Alekseeva. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Sci., 459, 062119 (2020). DOI: 10.1088/1755-1315/459/6/062119
  21. В.М. Бузник, Г.Ю. Гончарова, Г.А. Нужный, Н.Д. Разомасов, Р.Н. Черепанин. Материаловедение, 9, 33 (2018). DOI: 10.31044/1684-579X-2018-0-9-33-40 [V.M. Buznik, G.Yu. Goncharova, G.A. Nuzhnyi, N.D. Razomasov, R.N. Cherepanin. Inorganic Mater.: Appl. Res., 10, 786 (2019). DOI: 10.1134/S2075113319040087]
  22. P.J.S. Cruz, J. Belis. In: Structures and Architecture, еds. P.J.S. Cruz (Taylor \& Francis Group: London, 2016), p. 348. DOI: 10.1201/b20891-46
  23. X. Lou, Y. Wu. Cold Regions Sci. Technol., 192, 103381 (2021). DOI: 10.1016/j.coldregions.2021.103381
  24. Е.В. Морозов, А.С. Воронин, С.В. Книга, В.М. Бузник. Материаловедение, 8, 9 (2021). DOI: 10.31044/1684-579X-2021-0-8-9-18 [E.V. Morozov, A.S. Voronin, S.V. Kniga, V.M. Buznik. Inorganic Mater.: Appl. Res., 13, 217 (2022). DOI: 10.1134/S2075113322010270]
  25. V.M. Buznik, G.Y. Goncharova, D.V. Grinevich, G.A. Nuzhny, N.D. Razomasov, D.O. Turalin. Cold Regions Sci. Technol., 196, 103490 (2022). DOI: 10.1016/j.coldregions.2022.103490
  26. Г.А. Нужный, В.М. Бузник, Р.Н. Черепанин, Н.Д. Разомасов, Г.Ю. Гончарова. Материаловедение, 8, 35 (2020). [G.A. Nuzhnyi, V.M. Buznik, R.N. Cherepanin, N.D. Razomasov, G.Y. Goncharova. Inorganic Mater.: Appl. Res., 12 (1), 236 (2021). DOI: 10.1134/S2075113321010287]
  27. Q. Lu, Y. Ma, W. Yang. Acta Polym. Sin., 009 (11), 1166 (2009). DOI: 10.3724/SP.J.1105.2009.01166
  28. G.Y. Goncharova, N.D. Razomasov, G.V. Borshchev, V.M. Buznik. Theor Found Chem. Eng., 55, 1045 (2021). DOI: 10.1134/S0040579521050055
  29. G.Y. Goncharova, R.O. Stepanov, T.S. Razomasova, I.A. Korolev, D.O. Turalin, Yu.A. Kulagin, Yu.G. Parshikov. Russ. J. Gen. Chem., 91 (Suppl. 1), S34 (2021). DOI: 10.1134/S1070363221130351
  30. J. Xie, M.-L. Yan, J.-B. Yan. Cold Reg Sci Technol., 206 (4), 103751 (2022). DOI: 10.1016/j.coldregions.2022.103751
  31. M.-L. Yan, X. Jian, J.-B. Yan. J. Build. Eng., 65, 105751 (2023). DOI: 10.1016/j.jobe.2022.105757
  32. V.F. Petrenko, R.W. Whitworth. Physics of Ice (Oxford University Press, 2002)
  33. H.T. Courtney. Mechanical Вehavior of Мaterials (Waveland Press, 2005)
  34. C.-T. Sun, Z. Jin. Fracture Мechanics (Waltham, MA: Academic Press, 2011)
  35. J. Pokluda, M. v Cerny, P. v Sandera, M. v Sob. J. Computer-Aided Mater. Des., 11, 1 (2004). DOI: 10.1007/s10820-004-4567-2
  36. W. Gao, D.W. Smith, D.C. Sego. Cold Reg. Sci. Technol., 29 (2), 121 (1999). DOI: 10.1016/S0165-232X(99)00019-1
  37. M. John, M. Suominen, Otto-V. Sormunen, M. Hasan, E. Kurvinen, P. Kujala, A. Mikkola, M. Louhi- Kultanen. Water Res., 145, 418 (2018). DOI: 10.1016/j.watres.2018.08.063
  38. Y. Deng, L. Zongkun, L. Zhijun, J. Wang. Cold Regions Sci. Technol., 168, 102896 (2019). DOI: 10.1016/j.coldregions.2019.102896
  39. T. Li, Y. Zhao, Q. Zhong, T. Wu. Biomacromolecules, 20, 1667 (2019). DOI: 10.1021/acs.biomac.9b00027
  40. T. Li, Q. Zhong, B. Zhao, S. Lenaghan, S. Wang, T. Wu. Carbohydrate Polymers, 234, 115863 (2020). DOI: 10.1016/j.carbpol.2020.115863
  41. M. Yasui, E.M. Schulson, C.E. Renshaw. J. Geophys. Res. Solid Earth, 122, 6014 (2017). DOI: 10.1002/2017JB014029
  42. Y. Hou, X. Su, M. Dou, C. Lu, J. Liu, W. Rao. Nano Lett., 21 (1), 00514 (2021). DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c00514
  43. Ю.И. Головин, А.А. Самодуров, В.В. Родаев, А.И. Тюрин, Д.Ю. Головин, С.С. Разливалова, В.М. Бузник. Письма в ЖТФ, 11, 15 (2023). DOI: 10.21883/PJTF.2023.11.55532.19542 [Yu.I. Golovin, A.A. Samodurov, V.V. Rodaev, A.I. Tyurin, D.Yu. Golovin, S.S. Razlivalova, V.M. Buznik. Tech. Phys. Lett. (2023) (in press).]
  44. В.М. Бузник, Ю.И. Головин, А.А. Самодуров, В.В. Родаев, C.С. Разливалова, А.И. Тюрин, Д.Ю. Головин. Материаловедение, 10 (6), 26 (2022). DOI: 10.31044/1684-579X-2023-0-6-10-15 [V.M. Buznik, Yu.I. Golovin, A.A. Samodurov, V.V. Rodaev, S.S. Razlivalova, A.I. Tyurin, D.Yu. Golovin. Inorganic Mater.: Appl. Res., 2023 (in press).]
  45. J. Xie, V.-L. Yan, J.-B. Yan. Cold Regions Sci. Technol., 206 (4), 103751 (2022). DOI: 10.1016/j.coldregions.2022.103751
  46. D.M. Cole. Eng. Fract. Mech., 68, 1797 (2001). DOI: 10.1016/S0013-7944(01)00031-5
  47. Ю.И. Головин. ФТТ, 63 (1), 3 (2021). [Yu. I. Golovin. Physics of the Solid State, 63 (1), 1 (2021). DOI: 10.1134/S1063783421010108]
  48. W.H. Press, S.A. Teukolsky, W.T. Vetterling, B.P. Flannery. Numerical Recipes in C: the art of Scientific Computing, 2-nd ed. (Cambridge University Press, Cambridge, GB, 1992)

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2024 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme