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

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

Моделирование радиальных колебаний подпружиненного валка вальц-пресса

Carried out simulation of oscillations of a spring-loaded roll in a roll compactor when interacting the powder being compacted with the rolls. Considering the separation of the feed and compaction areas in the contact area of the roll with the material being compacted, we obtain the dependence of the force acting on the roll on the gap size between the rolls. It is shown that this dependence is non-linear, and it can be described with a sufficiently high accuracy degree by an exponential function with a negative exponent in the working range. The given numerical solution of the equation of free nonlinear oscillations of the spring-loaded roll has shown that considering the deformation of the material being compacted leads to a reduction of the natural frequency of the system by 20–25 % compared to the case, where the pressure force of the powder on the roll is assumed to be independent of the gap size. The nonlinearity of the dependence of the pressure force on the gap also leads to the increase by 10 % in the calculated values of the maximum displacements. The developed approach to the calculation of oscillations of the spring-loaded roll in the roll compactor enables to take into account the peculiarities of deformation of the powder being compacted during its interaction with the rolls. In addition, it allows estimating the frequencies and oscillation amplitudes and setting the optimum range of spring rate values, at which the occurrence of resonance in the machine is not possible.Выполнено моделирование колебаний подпружиненного валка вальц-пресса при взаимодействии прессуемого порошка с валками. С учетом выделения в области контакта валка с прессуемым материалом зон подачи и прессования, получена зависимость силы, действующей на валок, от величины зазора между валками. Показано, что эта зависимость имеет нелинейный характер, причем в рабочем диапазоне с достаточно высокой степенью точности может быть описана степенной функцией с отрицательным показателем степени. Приведено численное решение уравнения свободных нелинейных колебаний подпружиненного валка, которое продемонстрировало, что учет деформирования сжимаемого материала приводит к снижению частот собственных колебаний системы на 20–25 % по сравнению со случаем, при котором сила давления порошка на валок принимается не зависящей от величины зазора. Нелинейность зависимости силы давления от зазора приводит также к увеличению на 10 % расчетных значений максимальных смещений. Разработанный подход к расчету колебаний подрессоренного валка вальц-пресса позволяет учесть особенности деформирования прессуемого порошка при его взаимодействии с валками, а также позволяет, наряду с оценкой частот и амплитуд колебаний, установить оптимальный диапазон значений коэффициента жесткости пружины, при котором появление резонанса в машине будет невозможно

Способы повышения точности определения вязкости разрушения твёрдых хрупких материалов при индентировании

Method for determining of the fracture toughness of brittle materials by indentation is described. The critical stress intensity factor KIC quantifies the fracture toughness. Methods were developed and applied to improve the accuracy of KIC determination due to atomic force microscopy and nanoindentation. It is necessary to accurately determine parameters and dimensions of the indentations and cracks formed around them in order to determine the KIC . Instead of classical optical and scanning electron microscopy an alternative high-resolution method of atomic force microscopy was proposed as an imaging method.Three methods of visualization were compared. Two types of crack opening were considered: along the width without vertical displacement of the material and along the height without opening along the width. Due to lack of contact with the surface of the samples under study, the methods of optical and scanning electron microscopy do not detect cracks with a height opening of less than 100 nm (for optical) and less than 40–50 nm (for scanning electron microscopy). Cracks with opening in width are determined within their resolution. Optical and scanning electron microscopy cannot provide accurate visualization of the deformation area and emerging cracks when applying small loads (less than 1.0 N). The use of atomic force microscopy leads to an increase in accuracy of determining of the length of the indent diagonal up to 9.0 % and of determining of the crack length up to 100 % compared to optical microscopy and up to 67 % compared to scanning electron microscopy. The method of atomic force microscopy due to spatial three-dimensional visualization and high accuracy (XY ± 0.2 nm, Z ± 0.03 nm) expands the possibilities of using indentation with low loads.A method was proposed for accuracy increasing of KIC determination by measuring of microhardness from a nanoindenter. It was established that nanoindentation leads to an increase in the accuracy of KIC determination by 16–23 % and eliminates the formation of microcracks in the indentation.Приведено описание метода определения вязкости разрушения хрупких материалов индентированием. Количественно вязкость разрушения характеризуется критическим коэффициентом интенсивности разрушения KIC . Использование атомно-силовой микроскопии и наноиндентирования позволило разработать и применить способы повышения точности определения KIC . Для определения KIC необходимо точно определять параметры и размеры отпечатков индентирования и образованных вокруг них трещин. В качестве метода визуализации вместо классических оптической и сканирующей электронной микроскопий предложен альтернативный высокоразрешающий метод атомно-силовой микроскопии.Проведено сравнение трёх методов визуализации. Рассмотрено два типа раскрытия трещин: по ширине без смещения материала по вертикали и по высоте без раскрытия по ширине. Методы оптической и сканирующей электронной микроскопий из-за отсутствия контакта с поверхностью исследуемых образцов не определяют трещины с раскрытием по высоте менее 100 нм (для оптической) и менее 40–50 нм (для сканирующей электронной микроскопии). Трещины с раскрытием по ширине определяют в рамках своей разрешающей способности. Оптическая и сканирующая электронная микроскопии не могут обеспечить точную визуализацию области деформации и формирующихся трещин при применении малых нагрузок (меньше 1,0 Н). Применение атомно-силовой микроскопии приводит к повышению точности определения длины диагонали отпечатка до 9,0 % и определения длины трещины до 100 % по сравнению с оптической микроскопией и до 67 % по сравнению со сканирующей электронной микроскопией. Метод атомно-силовой микроскопии благодаря пространственной трёхмерной визуализации и высокой точности (по XY ± 0,2 нм, по Z ± 0,03 нм) расширяет возможности применения индентирования с применением низких нагрузок.Предложен способ повышения точности определения KIC за счёт измерения микротвёрдости с наноиндентора. Установлено, что наноиндентирование приводит к повышению точности определения KIC на 16–23 % и исключает образование микротрещин в отпечатке