Синтез робастной цифровой системы стабилизации микроспутника

Розглянуто питання синтезу цифрової системи стабілізації космічного апарату в орбітальній системі координат з врахуванням взаємозалежності його повздовжнього та бокового рухів. Синтез здійснено з умови мінімізації структурованого сингулярного значення системи. Показано, що застосування білінійного перетворення спеціального виду дозволяє отримати високу якість перехідних процесів в системі.The question of synthesis of digital system of stabilization of a space vehicle in orbital system of coordinates is considered in view of interdependence of his longitudinal and lateral movements. Synthesis is carried out from a condition of minimization structured singular values of system. It is shown, that application of bilinear transformation of a special kind allows to receive high quality of transients in system.Рассмотрен вопрос синтеза цифровой системы стабилизации космического аппарата в орбитальной системе координат с учетом взаимозависимости его продольного и бокового движений. Синтез осуществлен из условия минимизации структурированного сингулярного значения системы. Показано, что применение билинейного преобразования специального вида позволяет получить высокое качество переходных процессов в системе

First-principles study of As interstitials in GaAs: Convergence, relaxation, and formation energy

Convergence of density-functional supercell calculations for defect formation energies, charge transition levels, localized defect state properties, and defect atomic structure and relaxation is investigated using the arsenic split interstitial in GaAs as an example. Supercells containing up to 217 atoms and a variety of {\bf k}-space sampling schemes are considered. It is shown that a good description of the localized defect state dispersion and charge state transition levels requires at least a 217-atom supercell, although the defect structure and atomic relaxations can be well converged in a 65-atom cell. Formation energies are calculated for the As split interstitial, Ga vacancy, and As antisite defects in GaAs, taking into account the dependence upon chemical potential and Fermi energy. It is found that equilibrium concentrations of As interstitials will be much lower than equilibrium concentrations of As antisites in As-rich, $n$-type or semi-insulating GaAs.Comment: 10 pages, 5 figure

Photodynamic therapy and tumor imaging of hypericin-treated squamous cell carcinoma

BACKGROUND: Conventional cancer therapy including surgery, radiation, and chemotherapy often are physically debilitating and largely ineffective in previously treated patients with recurrent head and neck squamous cell carcinoma (SCC). A natural photochemical, hypericin, could be a less invasive method for laser photodynamic therapy (PDT) of these recurrent head and neck malignancies. Hypericin has powerful photo-oxidizing ability, tumor localization properties, and fluorescent imaging capabilities as well as minimal dark toxicity. The current study defined hypericin PDT in vitro with human SCC cells before the cells were grown as tumor transplants in nude mice and tested as a model for hypericin induced tumor fluorescence and PDT via laser fiberoptics. METHODS: SNU squamous carcinoma cells were grown in tissue culture, detached from monolayers with trypsin, and incubated with 0.1 μg to 10 μg/ml of hypericin before exposure to laser light at 514, 550, or 593 nm to define optimal dose, time, and wavelength for PDT of tumor cells. The SCC cells also were injected subcutaneously in nude mice and grown for 6–8 weeks to form tumors before hypericin injection and insertion of fiberoptics from a KTP532 surgical laser to assess the feasibility of this operating room instrument in stimulating fluorescence and PDT of tumors. RESULTS: In vitro testing revealed a hypericin dose of 0.2–0.5 μg/ml was needed for PDT of the SCC cells with an optimal tumoricidal response seen at the 593 nm light absorption maximum. In vivo tumor retention of injected hypericin was seen for 7 to10 days using KTP532 laser induced fluorescence and biweekly PDT via laser fiberoptics led to regression of SCC tumor transplants under 0.4 cm(2 )diameter, but resulted in progression of larger size tumors in the nude mice. CONCLUSION: In this preclinical study, hypericin was tested for 514–593 nm dye laser PDT of human SCC cells in vitro and for KTP532 surgical laser targeting of SCC tumors in mice. The results suggest hypericin is a potent tumor imaging agent using this surgical laser that may prove useful in defining tumor margins and possibly in sterilizing post-resection margins. Deeply penetrating pulsed infrared laser emissions will be needed for PDT of larger and more inaccessible tumors

ВЛИЯНИЕ ФОТОВОЗБУЖДЕНИЯ IN SITU НА СТРУКТУРУ НАРУШЕННОГО СЛОЯ «КРЕМНИЙ–НА–ИЗОЛЯТОРЕ»

«Silicon−on−insulator» (SOI) structures irradiated with Ar+ ions with an energy of 100 keV and doses of 2 ⋅ 1013 and 4 ⋅ 1013 cm−2 were investigated by high−resolution X−ray diffraction and Rutherford backscattering spectroscopy methods.Such a choice of implantation energy allowed us to set the maximum of projected ions length in the middle of the silicon layer and to minimize possible changes of electric and elastic force fields of the internal dielectric during irradiation. The implantation was accompanied by an irradiation using UV lamp (photoexcitation in situ) with a flux of 25 mW ⋅ cm−2. It was found that in the case of low doses the photoexcitation leads to cluster formation both near the sample surface and in the area of maximum strain. At the dose of 4 ⋅ 1013 cm−2, when surface amorphization starts, the photoexcitation no longer influenced the redistribution of radiation−induced defects. The photoexcitation favors the sink of interstitial type defects towards the surface.Методом рентгеновской дифракции высокого разрешения и обратного розерфордовского рассеяния изучены структуры «кремний−на−изоляторе» (КНИ), облученные ионами Ar+ с энергией 100 кэВ и дозами 2 · 1013 и 4 · 1013 см−2. Такой выбор энергии облучения позволил разместить максимум проективного пробега имплантируемых ионов вблизи середины слоя кремния КНИ и минимизировать возможные изменения электрического и упругого силовых полей встроенного диэлектрика в процессеоблучения. В таких же условиях осуществлена имплантация при одновременном подсвечивании образцов УФ−лампой интенсивностью 25 мВт ⋅ см−2 (фотовозбуждение in situ). Установлено, что в случае малых дозфотовозбуждение способствует кластерообразованию как вблизи поверхности образца, так и в области максимума деформации. При дозе 4 ⋅ 1013 ат/см2, когда начинается аморфизация поверхности образца, фотовозбуждение уже не влияет на характер распределения радиационных дефектов. В приповерхностнойобласти фотовозбуждение способствует стоку межузельных дефектов на поверхность

Effect of the valence state of ce ions on the phase stability and mechanical properties of the crystals of ZrO<inf>2</inf>-based solid solutions

© 2017, Pleiades Publishing, Ltd. The structure and mechanical properties of the crystals of solid solutions of zirconium dioxide, which are stabilized by yttrium and cerium oxides, have been studied. The electron paramagnetic resonance technique has been used to identify Ce 3+ ions and to determine their relative concentration in the crystals. It is shown that the presence of Ce 3+ ions in the crystals is the main factor responsible for their high fracture toughness. The annealings carried out during investigations, which lead to a decrease in the concentration of Ce 3+ ions, show that a change in the valence state of cerium ions lowers the fracture toughness of the crystals

編集委員

© 2017, Pleiades Publishing, Ltd. The structure and mechanical properties of the crystals of solid solutions of zirconium dioxide, which are stabilized by yttrium and cerium oxides, have been studied. The electron paramagnetic resonance technique has been used to identify Ce 3+ ions and to determine their relative concentration in the crystals. It is shown that the presence of Ce 3+ ions in the crystals is the main factor responsible for their high fracture toughness. The annealings carried out during investigations, which lead to a decrease in the concentration of Ce 3+ ions, show that a change in the valence state of cerium ions lowers the fracture toughness of the crystals

Математическое моделирование пластического течения при равноканальном угловом прессовании твердого раствора на основе халькогенидов висмута

In this work, mathematical modeling was used to optimize the geometry of the composite mold for developing the technology of equal−channel angular pressing with three channels for thermoelectric materials. To obtain the maximum degree of deformation in this work, we used a three−channel scheme. Taking into consideration the material characteristics (low resistance to tensile  stresses), we proposed a tapering profile (along  the length)  of the third channel. To analyze the  plastic  flow in the  proposed scheme of equal−channel angular pressing with three channels, we performed mathematical modeling of plastic flow, stress and deformation rates along the rod, deformation homogeneity along the cross−section and absence of stagnant zones in the extruder. The methodical approach is based on the combined use  of the elastic and plastic  solid state approximations according to the fundamentals of the elasticity and plasticity theory. Critical points are identified having the maximum stored energy accumulation without discontinuity of the material. Calculation of the flow velocity in planes perpendicular and  parallel  to the  deformation axis showed a slight difference in the flow rate of the material  for the section plane parallel to the deformation axis. This produces a bend with a large  curvature radius  but  does not  cause cracking of the  material. Calculation of deformations along  the  flow axis allowed  us to detect deformation inhomogeneity. This resulted in the  appearance of small  tensile stresses in the longitudinal  section of the third channel. We show that the plastic  deformation inhomogeneity revealed by modeling can be eliminated by using an equipment design with a greater output channel length. Mathematical modeling shows the suitability of the suggested unconventional design of equal−channel angular pressing equipment for bismuth chalcogenide base solid solutions.Для оптимизации геометрии составной пресс−формы при отработке технологии равноканального углового  прессования с тремя каналами для термоэлектрических материалов использовано математическое моделирование. Для получения максимальной степени деформации применена схема оснастки с тремя каналами. Учитывая особенности материала, а именно: малую стойкость к растягивающим напряжениям, предложен сужающийся по длине  профиль третьего канала. Для анализа пластического течения в предложенной форме равноканального углового  прессования с тремя каналами выполнено математическое моделирование скорости пластического течения, напряжений и деформаций вдоль течения прутка, однородности деформации по сечению и отсутствию  застойных зон в экструдере. Методический подход основан на совместном использовании приближений упругого и пластического твердого тела согласно основным положениям теории упругости и пластичности. Установлены критические точки, где происходит максимальное накопление запасенной энергии без нарушения сплошности материала. Расчет скорости течения в плоскостях, перпендикулярной и параллельной оси деформации, показал наличие небольшой разницы в скорости течения материала в плоскости сечения, параллельной оси деформации. Это приводит к возникновению изгиба с большим радиусом кривизны, но не вызывает растрескивания материала. Расчет деформаций вдоль оси течения позволил выявить  неоднородность деформаций, которая обуславливает появление небольших растягивающих напряжений в продольном сечении третьего канала. Показано, что выявленные путем моделирования неоднородности пластической деформации могут быть устранены конструктивно с помощью увеличения длины выходного канала оснастки. Математическое моделирование показало пригодность нетрадиционной конструкции оснастки равноканального углового  прессования применительно к твердым растворам на основе халькогенидов висмута

СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ ZrO2, ЧАСТИЧНО СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ Y2O3

The structure of PSZ crystals has been studied as a function of the content of the stabilizing impurity (Y2O3) by X–ray diffraction, transmission electron microscopy (TEM) and atomic−force microscope (AFM). The hardness and fracture toughness have been measured by microindentation. The study has shown that PSZ crystals obtained by directional solidification of the melt consist of two tetragonal phases (t and t’) with varying degrees of tetragonality. Increasing the stabilizing impurity concentration leads to an increase in the volume fraction of the “untransformable” t’ phase. Experiments have shown that an increase in the concentration of the stabilizing impurity leads to a growth in the amount of positively charged oxygen vacancies (the F++–centers) which increase the lattice parameter and stabilize the structure. The character of the twinned structure changes depending on the concentration of the stabilizing impurity. In PSZ crystals with Y2O3 concentration from 2.8 to 3.2 mol. % twins first, second and third orders as well as large twins consist of smaller twin domains are observed. At high concentrations of stabilizing impurities (3.7—4.0 mol. %) the twin structure becomes smaller and more uniform. This suggests that twinning occurs simultaneously and is localized within small volumes. The character of the twinned structure changes depending on the concentration of the stabilizing impurity. This work shows that the quantity of hardening (fracture toughness) is proportional to the content of the transformable t phase.Методами рентгеновской дифрактометрии, атомно-силовой и просвечивающей электронной микроскопии исследована структура кристаллов частично стабилизированного ZrO2 (ЧСЦ) в зависимости от содержания стабилизирующей примеси (Y2O3). Проведены измерения твердости и трещиностойкости методом микроиндентирования. Установлено, что кристаллы ЧСЦ, полученные направленной кристаллизацией расплава, характеризуются наличием двух тетрагональных фаз (t и t’), различающихся степенью тетрагональности. Причем увеличение концентрации Y2O3 в кристаллах приводит к увеличению содержания нетрансформируемой t'-фазы. Экспериментально показано, что рост концентрации стабилизирующей примеси приводит к увеличению количества кислородных положительно заряженных вакансий, (F++-центров), которые увеличивают параметр решетки и стабилизируют структуру. Обнаружено, что повышение концентрации Y2O3 влияет на вид и дисперсность двойниковых доменов. В кристаллах ЧСЦ с концентрацией Y2O3 от 2,8 до 3,2 % (мол.) выявлены двойники первого, второго, третьего порядков, в свою очередь, каждый из двойников содержит внутри двойники следующего порядка. При больших концентрациях стабилизирующей примеси (3,7—4,0 % (мол.)) двойниковая структура становится более мелкой и однородной, двойникование идет одновременно и локализуется в малых объемах. Показано, что величина упрочнения (трещиностойкость) пропорциональна содержанию трансформируемой t-фазы

CТРУКТУРА ОБЪЕМНОГО ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ (Bi,Sb)2Te3, ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ ИСКРОВОГО ПЛАЗМЕННОГО СПЕКАНИЯ

Bulk nanostructured BixSb1−xTe3 based material was fabricated with spark plasma sintering (SPS) method. The starting powders with a particle size of 10—12 nm were prepared by ball milling. The regularity of fine structure changes as a function of sintering temperature in the 250—550 °C range was investigated by X−raydiffractometry, scanning and transmission electron microscopy (TEM, HRTEM). For the first time coherent dispersion areas (CDA) size was found not to increase monotonously with sintering temperature, and at temperatures of above 400 °C the CDA size decreased as a result of repeated recrystallization. Apparently,the structural changes are associated with a redistribution of intrinsic vacancy type structural defects during sintering.Исследованы образцы объемного наноструктурированного материала на основе твердого раствора BixSb1−xTe3, полученного методом искрового плазменного спекания. Исходные порошки с размером частиц 10—12 нм изготовлены помолом в шаровой мельнице. С помощью методов рентгеновской дифрактометрии, растровой и просвечивающей (в том числе высокого разрешения) электронной микроскопии изучены закономерности изменения тонкой структуры в зависимости от температуры спекания в интервале 250—550 °С. Впервые установлено, что размеры областей когерентного рассеяния не возрастают монотонно с ростом температуры спекания, а при температуре выше 400 °С происходит их измельчение в результате процесса повторной рекристаллизации. Наиболее вероятно, что изменения структуры связаны с перераспределением собственных структурных дефектов вакансионного типа в процессе спекания образцов

Анизотропия механических свойств и механизмы упрочнения в кристаллах твердых растворов ZrO2—Y2O3

Abstract. The anisotropy of the mechanical properties of single crystal ZrO2 — 2.8 mol.% Y2O3 solid solutions has been studied. The crystals have been grown by skull melting technique. The microhardness and fracture toughness have been tested for different crystallographic planes by indentation with different indenter diagonal orientations. The study shows that the microhardness of the material depends on the crystallographic orientation but slightly whereas the fracture toughness varies for different planes. The maximum fracture toughness has been observed in the crystal specimen cut laterally to the &lt;100&gt; orientation. We have studied the anisotropy of the microhardness in the material for different indenter diagonal orientations. The maximum fracture toughness has been obtained for the {100} plane and the &lt;100&gt; indenter diagonal orientation. The phase composition inside and outside the indents on the {100}, {110} and {111} surfaces for 20, 3 and 1 N loads has been studied in local areas using Raman spectroscopy. The degree of the tetragonal−monoclinic transition has been evaluated for different crystallographic planes and different indenter diagonal orientations. The tetragonal−monoclinic transition proves to be anisotropic, and this affects the transformation hardening mechanism. The maximum amount of the monoclinic phase is present in the vicinity of the indent in the {100} plane for the &lt;100&gt; indenter diagonal orientation. The highest fraction toughness has also been observed in the {100} plane for the &lt;100&gt; indenter diagonal orientation. Probably, the abovementioned indenter diagonal orientation provides for the maximum stress concentration along the coherent conjugation planes between the tetragonal and the monoclinic phases during the tetragonal−monoclinic transition, i.e. (100)t||(100)m and [001]t||[010]m.Исследована анизотропия механических характеристик кристаллов твердых растворов ZrO2 — 2,8 % (мол.) Y2O3. Кристаллы выращены методом направленной кристаллизации расплава с использованием прямого высокочастотного нагрева. Методом индентирования проведены измерения микротвердости и трещиностойкости на разных кристаллографических гранях и при разной ориентации диагоналей индентора. Установлено, что микротвердость слабо зависит от кристаллографической ориентации, в то время как значения трещиностойкости для разных плоскостей отличаются. Максимальные значения трещиностойкости отмечены на образце, вырезанном из кристалла перпендикулярно к направлению &lt;100&gt;. Исследована анизотропия микротвердости в зависимости от ориентации диагоналей индентора. Максимальное значение трещиностойкости получено на плоскости {100} при ориентации диагоналей индентора в направлении &lt;100&gt;. Методом локальной спектроскопии комбинационного рассеяния света исследован фазовый состав внутри и вокруг отпечатков индентора на плоскостях {100}, {110} и {111} при нагрузках 20, 3 и 1 Н. Выполнена оценка степени интенсивности тетрагонально− моноклинного перехода на разных кристаллографических плоскостях и при разной ориентации диагоналей индентора. Показано, что наблюдается анизотропия тетрагонально−моноклинного перехода, влияющего на трансформационный механизм упрочнения. Максимальное количество моноклинной фазы обнаружено в области отпечатка индентора на плоскости {100}, при ориентации диагоналей индентора в направлении &lt;100&gt;. Также максимальное значение трещиностойкости реализуется на плоскости {100} при такой же ориентации диагоналей индентора. Возможно, что при данной ориентации диагоналей индентора максимальные действующие напряжения получаются вдоль когерентных плоскостей сопряжения тетрагональной и моноклинной фазы: при тетрагонально−моноклинном переходе — (100)t || (100)m и [001]t || [010]m