The influence of multilayer metal-carbon coatings composition with different arrangement of functional layers on their surface morphology

This research was supported by the grants of Belarussian Republican Foundation for Fundamental Research BRFFR № T17KIG-009

Friction coefficient obtained using AFM as a criterion of changes in the surface properties after low-temperature plasma treatment

This research was supported by the grant of Belarussian Republican Foundation for Fundamental Research BRFFR No.F17-118

The influence silicon dioxide nanoparticles on mechanical properties of erythrocyte and platelet membranes estimated by atomic force microscopy method

The investigation performed within the Programs of State Research “Energy systems, process and technologies”, project 2.2

Absolute quantum yield measurements of fluorescent proteins using a plasmonic nanocavity

One of the key photophysical properties of fluorescent proteins that is most difficult to measure is the quantum yield. It describes how efficiently a fluorophore converts absorbed light into fluorescence. Its measurement using conventional methods become particularly problematic when it is unknown how many of the proposedly fluorescent molecules of a sample are indeed fluorescent (for example due to incomplete maturation, or the presence of photophysical dark states). Here, we use a plasmonic nanocavity-based method to measure absolute quantum yield values of commonly used fluorescent proteins. The method is calibration-free, does not require knowledge about maturation or potential dark states, and works on minute amounts of sample. The insensitivity of the nanocavity-based method to the presence of non-luminescent species allowed us to measure precisely the quantum yield of photo-switchable proteins in their on-state and to analyze the origin of the residual fluorescence of protein ensembles switched to the dark state

Влияние температуры от 20 до 100 °С на удельную поверхностную энергию и вязкость разрушения пластин кремния

The influence of temperature in the range from 20 to 100 °C on the specific surface energy and fracture toughness of standard silicon wafers of three orientations (100), (110) and (111) was studied. Silicon wafers were heated on a special thermal platform with an autonomous heating controller, which was installed under the samples. At each temperature, the samples were kept for 10 min. The specific surface energy γ after exposure to temperature was determined by atomic force microscopy (AFM). Fracture toughness during and after exposure to temperature was determined by indentation followed by visualization of the deformation region using AFM. It has been established that the specific surface energy γ of Si wafers with orientation (100) and (111) increases with increasing temperature from 20 to 100 °C, and for orientation (110) it increases at temperatures from 20 to 80 °C, and then decreases. The diagonal length d of indentation marks, performed both during the heating process and after heating, decreases by increasing the temperature from 20 to 100 °C. The crack length c decreases on silicon wafers during indentation during heating from 20 to 100 °C, and after exposure to temperature, the length increases. When the plates are exposed to temperature, the fracture toughness KIC increases with increasing temperature: for orientation (100) – up to 1.61 ± 0.08 MPa·m1/2, for (110) – up to 1.60 ± 0.08 MPa·m1/2 and for (111) – up to 1.66 ± 0.04 MPa·m1/2. A direct correlation was established between KIC, measured during  exposure to temperature, and an inverse correlation between KIC measured after exposure to temperature and specific surface energy for the (100) and (111) orientations. An inverse correlation was obtained by KIC at the (110) orientation when exposed to temperatures of 20–40 and 80–100 °C, and after exposure, a direct correlation was obtained. At 60 °C there is no correlation. The results obtained can be used to improve the mechanical properties of silicon wafers used in solar cells and microelectromechanical systems (operating at temperatures up to 100 °C).Проведены исследования влияния температуры в диапазоне от 20 до 100 °С на удельную поверхностную энергию и вязкость разрушения стандартных пластин кремния трёх ориентаций (100), (110) и (111). Пластины кремния нагревали на специальной термоплатформе с автономным контроллером нагрева, которую устанавливали под образцы. При каждой температуре образцы выдерживали в течении 10 мин. Удельная поверхностная энергия γ после воздействия температуры определялась методом атомно-силовой микроскопии (АСМ). Вязкость разрушения во время и после воздействия температуры определялась методом индентирования с последующей визуализацией области деформации методом АСМ. Установлено, что удельная поверхностная энергия γ пластин кремния ориентации (100) и (111) увеличивается с увеличением температуры от 20 до 100 °С, у ориентации (110) – увеличивается при температурах от 20 до 80 °С, а затем снижается. Длина диагонали d отпечатков индентирования, выполняемых как в процессе нагрева, так и после нагрева, уменьшается с увеличением температуры от 20 до 100 °С. Длина трещин c уменьшается на пластинах кремния при индентировании во время нагрева от 20 до 100 °С, а после воздействия температуры длина увеличивается. Во время воздействия температуры на пластины вязкость разрушения KIC увеличивается с увеличением температуры: для ориентации (100) – 1,61 ± 0,08 MПa·м1/2, для (110) – до 1,60 ± 0,08 MПa·м1/2 и для (111) – до 1,66 ± 0,04 MПa·м1/2. Установлена прямая корреляция KIC , измеренной во время воздействия температуры, и обратная корреляция KIC , измеренной после воздействия температуры, c удельной поверхностной энергией для ориентаций (100) и (111). Обратная корреляция KIC с γ получена на ориентации (110) при воздействии температур 20–40 и 80–100 °С, а после воздействия – прямая корреляция. При 60 °С корреляции нет. Полученные результаты могут быть использованы для улучшения механических свойств кремниевых пластин, используемых в солнечных элементах и микроэлектромеханических системах (работающих при температурах до 100 °С)

Усовершенствованная модель прессования порошковой смеси в валковом прессе

A new mathematical model of mineral fertilizer compacting using a roll compactor is developed. This model is based on the transition to the values of stress tensor components averaged over the cross-sectional area of the powder mixture flow. To define these stresses, equations of equilibrium of the elementary layer determined in the mixture by two planes perpendicular to the flow direction are composed. To obtain relatively simple analytical relations in the calculations, the hypothesis of a power-law dependence of hydrostatic pressure on mixture density, accepted in the framework of the Johansen model, was used. In order to take into account changes in the mechanical characteristics of the mixture (angle of internal friction, coefficient of external friction, transverse strain coefficient) while compacting, we approximated the known experimental dependencies of the corresponding characteristics on the density. The inter-particle cohesion parameter was taken to be proportional to the hydrostatic pressure. The model allows calculating the gap between the rolls surfaces for a given initial bulk density and the required flake density. With the known gap value, the distribution of the axial average stresses in the powder mixture, the normal and shear stresses on the rolls’ surfaces are determined. The results of the calculations of the rolls surface gap and the normal roll pressure diagram are compared with the experimental data given in the literature for the urea compacting process.Разработана математическая модель прессования минерального удобрения на валковом прессе. Данная модель основана на переходе к усредненным по площади поперечного сечения потока порошковой смеси значениям компонент тензора напряжений. Для определения этих напряжений составляются уравнения равновесия элементарного слоя, выделяемого в смеси двумя плоскостями, перпендикулярными к направлению потока. Для обеспечения возможности получения относительно простых аналитических соотношений при расчетах использована принятая в рамках модели Йохансена гипотеза о степенной зависимости гидростатического давления от плотности смеси. Для учета изменения механических характеристик смеси (угла внутреннего трения, коэффициента внешнего трения, коэффициента поперечной деформации) в процессе прессования производилась аппроксимация известных экспериментальных зависимостей соответствующих характеристик от плотности. Параметр межчастичного сцепления принимался пропорциональным гидростатическому давлению. Модель позволяет вычислить значение зазора между поверхностями валов при заданных значениях исходной насыпной плотности смеси и требуемой плотности плитки. При известном значении зазора устанавливаются распределения осевых усредненных напряжений в порошковой смеси, нормального и сдвигового напряжений на поверхности валов. Результаты расчетов зазора между поверхностями валов и эпюры нормального давления на вал сопоставлены с приведенными в литературных источниках экспериментальными данными для процесса прессования мочевины

МЕТОДЫ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ В МИКРО- И НАНОМЕХАНИКЕ

Methods of materials local physics and mechanics properties estimation on the nanoscale are considered. The methods are realized on the base of AFM with surface mapping contrast, static and dynamics force spectroscopy and with the procedures of nanowear and oscillating microtribometry.В работе представлены методы оценки локальных физико-механических свойств материалов в наномасштабе, реализованных на базе сканирующего зондового микроскопа: картографические поверхности с помощью изображений контраста; статическая и динамическая силовая спектроскопия, процедуры наноизнашивания, осциллирующая микротрибология