Физики твердого тела >> ХНУ имени В. Н. Каразина

Физики твердого тела

Собственный сайт : http://solids.univer.kharkov.ua

Кафедра физики твердого тела была создана в 1937 году Б. Я. Пинесом, учеником академика А. Ф. Иоффе, в то время молодым ученым, но уже известным своими пионерскими работами в области структурного анализа и физики огнеупоров. Большой талант педагога и исследователя, неповторимая творческая индивидуальность Б. Я. Пинеса определили пути становления и развития кафедры на десятилетия.

В послевоенные годы кафедра физики твердого тела Харьковского государственного университета стала творческим центром для преподавателей учебных заведений, ученых, работников заводских лабораторий, деятельность которых была связана с проблемами физики твердого тела. В учебном процессе кафедры принимали участие И. В. Савельев, автор известного «Общего курса физики», академик Б. И. Веркин, члены-корреспонденты АН УССР Е. С. Боровик и В. Г. Хоткевич, профессора Б. Н. Есельсон, И. А. Гиндин.

При наличии весьма скромного научного оборудования на кафедре был выполнен значительный по объему цикл исследований в области термодинамики твердых растворов, физики спекания, физики тонких пленок и поверхностных явлений, который получил мировое признание. Созданные под руководством Б. Я. Пинеса конструкции гострофокусных рентгеновских трубок и высокотемпературных электронографов, были использованы многими лабораториями Советского Союза, а его «Лекции по структурному анализу», вышедшие тремя изданиями, заслуженно причисляют к лучшим учебным пособиям по рентгенографии кристаллов.

После Б. Я. Пинеса кафедру возглавил его ученик и последователь, профессор А. Ф. Сиренко. В 1970–1980-х годах на кафедре получили дальнейшее развитие исследования по физике прочности и пластичности, поверхностных и релаксационных явлений, успешно велась изобретательская работа, научные разработки внедрялись на многих предприятиях Харькова и Москвы (ХТЗ, Турбоатом, ХЭЛЗ, НПО «Квант» и другие). На кафедре защищены 3 докторские и 30 кандидатских диссертаций, подготовлено большое количество специалистов для стран Европы, Азии, Африки, Южной и Латинской Америки.

Новые перспективы для развития кафедры открылись с приходом к руководству профессора З. З. Зимана, ученика Б. Я. Пинеса младшего поколения. Им создано новое научное направление «Физические процессы в биоматериалах», которое активно развивается, и открыта новая специальность «Физика твердого тела». Выдано под грифом Министерства образования и науки Украины два учебных пособия (З. З. Зиман, А. Ф. Сиренко «Основы физического материаловедения», 2005 год; З. З. Зиман «Основы структурной кристаллографии», 2008 год), материалы которых обеспечивают преподавание большинства учебных дисциплин кафедры. За короткий срок кафедра заняла передовые позиции в создании, исследовании и внедрении в медицинскую практику новых биоактивных материалов для хирургической ортопедии. Успешно развивается и традиционная научная тематика кафедры — исследование взаимосвязи между структурой, диффузионными, механическими и релаксационными свойствами твердых тел.

В профессорско-преподавательский состав кафедры входит заведующий кафедрой, доктор физико-математических наук, профессор Зиман Золтан Золтанович, 5 кандидатов физико-математических наук и 1 ассистент.

Научная деятельность

Направления научной работы:

1. Механические, диффузные и релаксационные свойства твердых тел с разной дефектной структурой;

2. Физические процессы в биоматериалах.

Достижения (за последние 10 лет):

1. Экспериментально доказано, что ротационные эффекты могут играть не только акомодационную роль, но и делать существенный вклад в пластическую деформацию. Результаты исследований свидетельствуют об особой роли специальных и близких к специальным границах зерен в возникновении пластических ротаций. Предложена кристалло-геометрическая модель структуры жестких границ зерен, которая учитывает не только полное, но и частичное совпадение атомов в границы. С использованием модели рассчитано значение эффективной энергии границы для любого угла дезориентации и объяснена природа низкой энергии специальных границ зерен. Установлены закономерности возникновения и развития трещин в двумерных поликристаллических образцах алюминия с различным размером зерна и типом границ зерен и определены механизмы разрушения, выяснено влияние укрепляющего покрытия из нитрида титана на последовательность развития релаксационных процессов и механизмы разрушения. По результатам исследований опубликованы 28 статей и защищены три кандидатские диссертации (Сахарова Н. О., 1999; Шеховцов О. В., 2005; Шуринов Р. В., 2009).

Обнаружены новые эффекты внутреннего трения и изменения модуля Юнга эвтектических сплавов, которые связаны со структурно-фазовыми и кинетическими преобразованиями в сплавах в условиях сверхпластичности. Показано, что движущей силой этих преобразований является структурно-фазовая метастабильнисть, которая возникает в процессе кристаллизации и вследствие механического обжатия эвтектических сплавов. Установлено, что зернограничное проскальзывание не всегда является доминирующим механизмом сверхпластической деформации. Экспериментальные данные свидетельствуют о наличии гидродинамической моды деформации в условиях сверхпластичности. Процессы массопереноса в эвтектических сплавах на ранних стадиях сверхпластической деформации в значительной степени определяет аморфизированный слой на границах зерен, который формируется либо при кристаллизации, или в процессе предварительного механического обжатия образцов. По данной тематике опубликовано 19 статей, большинство — в журналах, которые реферируются.

2. Синтезированы уникальные кальций-фосфатные наноматериалы, которые по своему составу, морфологии и структуре близки к минеральной составляющей твердой ткани позвоночных. Предложена новая модель кристаллизации гидроксилапатита (ГА) из аморфного фосфата кальция при осаждении из растворов. Изучены природа и характер структурных изменений в нанопорошках ГА при отжиге. Обнаружен новый эффект активации спекания нанопресовок ГА, который обусловлен влиянием примесей. Основываясь на результатах исследований физических процессов при синтезе и обжиге наноГА, созданы керамические биоматериалы с функциональными характеристиками, которые близки к таковым в естественной кости и зубной эмали. Материалы, которые обнаружили отличные биосовместимость и биоактивность в опытах на животных, внедрены клинически; сделано более 200 успешных ортопедических операций. Послеоперационные исследования показали, что созданные биоматериалы являются высокоэффективными искусственными заменителями кости и пригодны для широкого клинического применения. Защищена кандидатская диссертация (Рохмистров Д. В., 2009 г.) и опубликовано более 20 статей, которые реферируются системой Scopus.

Для студента

Начиная с 2000 года, ежегодно лучшие студенты кафедры (2–4 человека) завоёвывают стипендию фонда Леонарда Эйлера (ДААД, Германия). Вследствие, в течение обучения в магистратуре при кафедре они получают стипендию ДААД и заканчивают магистерские работы во время месячной стажировки в одном из ведущих университетов Германии (Университет Бохума, 2000–2003 годы, Университет Дуйсбург-Эссена, 2004–2010 годы). По окончании университета наиболее успешные из таких выпускников могут продолжить обучение в аспирантуре (или по докторским программам за рубежом) и после получения ученой степени кандидата наук (или Ph. D.) приглашаются на преподавательскую или исследовательскую работу в лучшие образовательные и научные учреждения Украины и стран ЕС. (С. Щербина, McGill — университет, Канада; О. Примак — рентгеновская лаборатория Института неорганической химии, Германия; М. Поляков — Институт им. Лейбница, Росток, Германия; М. Набока — профильная фирма, Германия и другие).

Стипендиаты ДААД 2010–2011 учебного года — бывшие студенты К. Лоза, Я. Приходько и И. Семененко. В 2011 году они проходили научную стажировку в CeNIDE (Центр наноинтеграции и биоматериалов) при Университете Дуйсбург-Эссена.

Научные результаты сотрудников кафедры регулярно докладываются на национальных и международных научных форумах. Так, 6–10 сентября 2010 года в Крыму, с. Берегово, состоялась очередная международная встреча «Украинско-Немецкий симпозиум по физике и химии наноструктур и нанобиотехнологиям». Участниками симпозиума были более 200 человек из Украины, Германии, Польши и Литвы. Среди аспирантов и молодых исследователей был проведен конкурс на лучший доклад или презентацию постера. Бывшая студентка кафедры Екатерина Лоза, стипендиат фонда Леонарда-Эйлера (Германия), была награждена дипломом первой степени за стендовый доклад «Изменение фазового состава образцов в процессе кристаллизации апатита».

На фото:

       

Немецкий (Университет Дуйсбург-Эссена) и кафедральная группы исследователей, которые сотрудничают в области физики и химии биоматериалов с 2000 года, на симпозиуме.

 

Молодые исследователи кафедры (слева направо) поисковик А. Гончаренко, студентка 5-го курса К. Лоза и старший преподаватель Д. В. Рохмистров на симпозиуме.