izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2022-5-35-41izmertech-1573Research ArticleЛИНЕЙНЫЕ И УГЛОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯLINEAR AND ANGULAR MEASUREMENTSВлияние кривизны поверхности стандартных образцов кремния на его структурные характеристикиInfluence of surface curvature of silicon reference materials on its structural characteristicsКодессБ. Н.KodessB. N.

Борис Николаевич

Москва

Boris N. Kodess

Moscow

kodess@mail.ruВсероссийский научно-исследовательский институт метрологической службыРоссияRussian Research Institute for Metrological ServiceRussian Federation202203052023053541Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1573

Рассмотрены особенности четырёхкружных дифрактометров, применяемых для идентификации состава веществ и материалов, а также для определения многих механических, физико-химических и биологических функционально значимых характеристик веществ на арбитражном уровне. При контроле работы и аттестации дифрактометров используется система стандартных образцов дифракционных свойств, включая стандартные образцы параметра кристаллической решётки. В связи с учётом новой квантовой реальности современных технологий уточнены характеристики указанных стандартных образцов. По результатам прецизионных измерений размера элементарной ячейки стандартных образцов дифракционных свойств кремния обнаружено изменение структурных характеристик кремния при изменении диаметра сфер образцов. Этот размерный эффект, найденный впервые в миллиметровом диапазоне, аналогичен эффекту, наблюдаемому при изменении размеров наночастиц кремния и других веществ с различным типом химической связи атомов. Показано, что размерный эффект необходимо учитывать при аттестации стандартных образцов, используемых при испытаниях четырёхкружных дифрактометров. Полученные результаты имеют значение для понимания наносостояния вещества и будут полезны в различных отраслях промышленности – робототехнике, солнечной энергетике, а также при фокусировке лазерных пучков и разработке систем навигации.

The features of four-circle diffractometers, which are used to identify the composition of substances and materials, as well as to determine many mechanical, physico-chemical and biologically functionally significant characteristics of substances at the arbitration level, are considered. When monitoring the operation and certification of these measuring systems, a system of certified reference materials (СSRM) of diff action properties, including, including the CSRM of the crystal lattice parameter, is used. The characteristics of this and other CSRMs are specified in this work in connection with the need to use the results of measurements on diff ractometers, taking into account the new quantum reality of modern technologies. According to the results of precision measurements of the unit cell size of standard samples of the diffraction properties of silicon CSRM, a change in the structural characteristics with a change in the diameter of the spheres of the samples was found. This size effect, found for the fi rst time in the millimeter range, is similar to the effect observed when changing the size of silicon nanoparticles and other substances with different types of chemical bonding of atoms. It is shown that the size effect must be taken into account when certifying standard samples used in testing four-circle diffractometers. The results are also important for understanding the nanostate of the analyte surface and will be useful in various industries.

четырёхкружный дифрактометрхарактеризация монокристалловпрецизионные измеренияискажение кристаллического пространствакривизна поверхности сферкремнийнаносостояние веществаразмерный эффектdiffractometers for characterizing single crystalshigh-precision measurementscurvature of spheressurface infl uencenanostate of substanceSilicon size eff ectавтор благодарен И. Л. Коммелю за помощь при подготовке образцов, проф. Ф. А. Сидоренко и П. Б. Кодессу за подробное обсуждение результатов.the author is grateful to I. L. Kommel for his help in preparing the samples, prof. F. A. Sidorenko and P. B. Kodess for a detailed discussion of the results.ReferencesWong-Ng W. et al., Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, 2001, vol. 106, no. 6, 1071. https://doi.org/10.6028/jres.106.058Wong-Ng W. et al., Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, 2001, vol. 106, no. 6, 1071. https://doi.org/10.6028/jres.106.058Кодесс Б. Н. Метрологическое обеспечение высокоточных измерений характеристик ключевых материалов современных технологий и их стандартные образцы состава и свойств // История науки и техники. 2010. № 9. С. 29–36.Kodess B. N. Metrological assurance of high-accuracy measurements of key materials characteristics for modern technology and their certifi ed reference materials of composition and properties, History of Science and Engineering, 2010, no. 9, pp. 29–36. (In Russ.)Kodess B., et al., Meeting Report, Neutron News, 2009, vol. 20, iss. 3, p. 4. https://doi.org/10.1080/10448630903114026Kodess B., et al., Meeting Report, Neutron News, 2009, vol. 20, iss. 3, p. 4. https://doi.org/10.1080/10448630903114026Hubbard C. R., Journal of Аpplied Сrystallography, 1983, vol. 16, no. 3, pp. 285–288. https://doi.org/10.1107/S0021889883010456Hubbard C. R., Journal of Аpplied Сrystallography, 1983, vol. 16, no. 3, pp. 285–288. https://doi.org/10.1107/S0021889883010456Yoder-Short D., Journal of Аpplied Сrystallography, 1993, vol. 26, no. 2, pp. 272–276. https://doi.org/10.1107/S0021889892011610Yoder-Short D., Journal of Аpplied Сrystallography, 1993, vol. 26, no. 2, pp. 272–276. https://doi.org/10.1107/S0021889892011610Кодесс Б. Н., Лазукина О. П., Волкова Е. Н., Малышев К. К. Примесный состав и параметры кристаллической решетки высокочистого α-Mn // Неорганич // Неорганические материалы. 2020. Т. 56. № 5. С. 538–543. https://doi.org/10.31857/S0002337X20050073Kodess B. N., Lazukina O. P., Volkova E. N. et al., Inorganic Materials, 2020, vol. 56, pp. 512–517. https://doi.org/10.1134/S0020168520050076Кодесс Б. Н., Сидоренко Ф. А. Анизотропия магнитной восприимчивости силицида V3Si // Физика металлов и металловедение. 2021. Т. 122. № 4. С. 370–376. https://doi.org/10.31857/S0015323021040033Kodess B. N., Sidorenko F. A., Physics of Metals and Metallography, 2021, vol. 122, no. 4, pp. 345–350. https://doi.org/10.1134/S0031918X21040037Белозеров Ю. С., Князев А. В., Кодесс Б. Н., Шипилова А. С., Стешин М. О., Трошин О. Ю., Буланов А. Д. Линейный коэффициент теплового расширения железа различного изотопного состава // Неорганические материалы. 2021. Т. 57. № 11. С. 1202–1206. https://doi.org/10.31857/S0002337X21110026Belozerov Y. S., et al., Inorganic Materials, 2021, vol. 57, pp. 1135–1139. https://doi.org/10.1134/S0020168521110029Морохов И. Д., Петинов В. И., Трусов Л. И., Петрунин В. Ф. Структура и свойства малых металлических частиц // Успехи физических наук. 1981. Т. 133. № 4. С. 653–692. https://doi.org/10.3367/UFNr.0133.198104c.0653Morokhov I. D., Petinov V. I., Trusov L. I., Petrunin V. F., Sov. Phys. Usp., 1981, vol. 24, no. 4, рр. 295–317. https://doi.org/10.1070/PU1981v024n04ABEH004800Зубов В. И. Некоторые размерные эффекты и свойства ультрадисперсных систем // Журнал Всесоюзного химического общества им. Д. И. Менделеева. 1991. Т. 36. № 2. С. 133–137.Zubov V. I., Some nano-size eff ects and properties of ultradispersive systems, Zhurnal Vsesoyuznogo himicheskogo obshchestva im. D. I. Mendeleeva, 1991, vol. 36, pp. 133–136. (In Russ.)Филиппов М. А., Кодесс Б. Н. Об изменении тонкой структуры марганцовистых сталей под влиянием ударных волн высокого давления // Физика металлов и металловедение. 1971. Т. 31. № 1. С. 172–176.Filippov M. A., Kodess B. N., Infl uence of high-pressure shock waves on the fi ne structure of manganese steel, Physics of Metals and Metallography, 1971, vol. 31, no. 1, pp. 171–175. (In Russ.)Kodess B., Kodess P., Investigation of nanostructure materials for developing new x-ray reference materials, Proceedings of the Denver X-ray Conference, ICDD, 2015, vol. 59, pp. 243–254.Kodess B., Kodess P., Investigation of nanostructure materials for developing new x-ray reference materials, Proceedings of the Denver X-ray Conference, ICDD, 2015, vol. 59, pp. 243–254.Aleksyeyev P. et al., Acta Physica Polonica A, 2006, vol. 4, no. 109, pp. 555–559. https://doi.org/10.12693/APhysPolA.109.55Aleksyeyev P. et al., Acta Physica Polonica A, 2006, vol. 4, no. 109, pp. 555–559. https://doi.org/10.12693/APhysPolA.109.55Nabialek A., et al., Journal of Applied Physics, 2009, vol. 105 (6), 063918. https://doi.org/10.1063/1.3093696Nabialek A., et al., Journal of Applied Physics, 2009, vol. 105 (6), 063918. https://doi.org/10.1063/1.3093696Gamarnik M. Y., Physica status solidi (b), 1990, vol. 161, iss. 2, pp. 457–462. https://doi.org/10.1002/pssb.2221610202Gamarnik M. Y., Physica status solidi (b), 1990, vol. 161, iss. 2, pp. 457–462. https://doi.org/10.1002/pssb.2221610202Кодесс Б. Н., Кузин А. Ю. Оценка соответствия заявляемым характеристикам дифрактометров для определения фазового состава веществ и материалов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 12. С. 61–70. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2017-83-12-61-70Kodess B. N., Kuzin A. Y., Industrial laboratory. Diagnostics of materials, 2017, vol. 83 (12), pp. 61–70. (In Russ.) https://doi.org/10.26896/1028-6861-2017-83-12-61-70Кодесс Б. Н., Сарин В. А. Нейтронный дифрактометр для определения структурных характеристик монокристаллов // Измерительная техника. 2014. № 11. С. 51–54.Kodess B. N., Sarin V. A., Measurement Techniques, 2015, vol. 57, no. 11, pp. 1299–1303. https://doi.org/10.1007/s11018-015-0624-3Kodess B. N., et al., Metrological assurance of the quality control of pharmaceutical production using XRD methods, Proceeding the 8th Pharmaceutical X-ray Diff raction Symposium, 4–7 May 2009, Glasgow, Scotland, UK, pp. 9–10.Kodess B. N., et al., Metrological assurance of the quality control of pharmaceutical production using XRD methods, Proceeding the 8th Pharmaceutical X-ray Diff raction Symposium, 4–7 May 2009, Glasgow, Scotland, UK, pp. 9–10.Medetbekov M. T. et al., Phase transitions, elastic constants and electron distribution in KDP-family, Acta Сrystallographica. Section A: Foundations of Crystallography, 1999, vol. 55, р. 61.Medetbekov M. T. et al., Phase transitions, elastic constants and electron distribution in KDP-family, Acta Сrystallographica. Section A: Foundations of Crystallography, 1999, vol. 55, р. 61.Kodess B., Kodess P., Materials Research Proceedings, 2022, vol. 21, pp. 259–263. https://doi.org/10.21741/9781644901755-46Kodess B., Kodess P., Materials Research Proceedings, 2022, vol. 21, pp. 259–263. https://doi.org/10.21741/9781644901755-46Тюменцев А. Н., Дитенберг В. А., Коротаев, А. Д., Денисов К. И. Эволюция кривизны кристаллической решетки в металлических материалах на мезо и наноструктурном уровнях пластической деформации // Физическая мезомеханика. 2013. Т. 16. № 3. С. 63–79.Tyumentsev A. N. et al., Physical Mesomechanics, 2013, vol. 16, no. 4, pp. 319–334. https://doi.org/10.1134/S1029959913040061Панин В. Е. и др. Фундаментальная роль кривизны кристаллической структуры в пластичности и прочности твердых тел // Физическая мезомеханика. 2014. Т. 17. № 6. С. 7–18.Panin V. E. et al., Physical Mesomechanics, 2015, vol. 18, no. 2, pp. 89–99. https://doi.org/10.1134/S1029959915020010Vitelli V., Lucks J. B., Nelson D. R., Proceedings of the National Academy of Sciences, 2006, vol. 103, no. 33, pp. 12323– 12328. https://doi.org/10.1073/pnas.0602755103Vitelli V., Lucks J. B., Nelson D. R., Proceedings of the National Academy of Sciences, 2006, vol. 103, no. 33, pp. 12323– 12328. https://doi.org/10.1073/pnas.0602755103Суханов М. В. и др. Теплофизические свойства и кристаллическая структура особо чистого моноизотопного 80Se // Доклады Академии наук. 2016. Т. 466. № 3. С. 302–305. https://doi.org/10.7868/S0869565216030154Sukhanov M. V. et al., Doklady Chemistry, 2016, vol. 466, no. 1, pp. 11–14. https://doi.org/10.1134/S0012500816010079Petersen K. E., Proceedings of the IEEE, 1982, vol. 70, no. 5, pp. 420–457. https://doi.org/10.1109/PROC.1982.12331Petersen K. E., Proceedings of the IEEE, 1982, vol. 70, no. 5, pp. 420–457. https://doi.org/10.1109/PROC.1982.12331Pogorelov V. A., Sokolov S. V., Cosmic Research, 2015, vol. 53, no. 6, pp. 458–468. https://doi.org/10.1134/S0010952515060040Pogorelov V. A., Sokolov S. V., Cosmic Research, 2015, vol. 53, no. 6, pp. 458–468. https://doi.org/10.1134/S0010952515060040Шебашаевич В. С., Дмитриев П. П., Иванцевич Н. В. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. М.: Радио и связь, 1993. 408 с.Shebashaevich V. S. at al, Setevye sputnikovye radionavigacionnye sistemy, Moscow, Radio i svyaz’ Publ., 1993, 408 р. (In Russ.)Tsakalakos L., Balch J., Fronheiser J., Korevaar B. A., Sulima O., Rand J., Applied Physics Letters, 2007, vol. 91, no. 23, 233117. https://doi.org/10.1063/1.2821113Tsakalakos L., Balch J., Fronheiser J., Korevaar B. A., Sulima O., Rand J., Applied Physics Letters, 2007, vol. 91, no. 23, 233117. https://doi.org/10.1063/1.2821113

The authors declare that there are no conflicts of interest present.