Get Adobe Flash player

Шановні студенти

Запрошуємо Вас на кафедру фізики металів. Навчаючись у нас Ви зможете:

 

  • отримати ґрунтовні знання з фізики конденсованого стану та фізики наносистем;
  • опанувати сучасні експериментальні і теоретичні методики дослідження матеріалів;
  • ознайомитись з методами синтезу новітніх матеріалів: надміцних керамік, нанокомпозитів, напівпровідникових структур;
  • відвідувати лекції відомих вчених з інститутів академії НАН України;
  • пропонувати свої наукові ідеї та втілювати їх у життя як в лабораторіях кафедри, так і в численних інститутах, що являються нашими партнерами.
  • приймати участь в роботі та організації міжнародної наукової конференції, що проводиться на кафедрі фізики металів.

 

Для навчання на кафедрі фізики металів зараховуються студенти після закінчення 2-го курсу. Навчання в бакалавраті (2 роки) проводиться за блоком дисциплін «Фізика металів». Після його закінчення студенти мають змогу вступити в магістратуру для навчання за двома напрямками: «Фізика конденсованого стану» та «Фізика наносистем». Найуспішніші випускники магістратури рекомендуються кафедрою до вступу в аспірантуру.

Вітаємо на кафедрі фізики металів !!!

Україна має великі запаси залізної руди і кам’яного вугілля, що добре коксується. Продукція чорної металургії була і зараз є головним товаром експорту. В 1917-1920 рр. металургійна промисловість зазнала руйнації. Іноземні спеціалісти і більшість своїх інженерів та вчених були знищені або емігрували. Для відновлення промисловості потрібно було готувати нові кадри. РНК УРСР Постановою від 02.12.1921 р. створила мережу науково-дослідницьких кафедр (НДК). Наприкінці 1925 року в Україні їх нараховувалось 94. НДК фізики, створена в Індустріальному інституті, мала в своєму складі кваліфікованих фізиків (Лінник В.П., Лашкарьов В.Е., Герцрікен С.Д., Наслєдов Д.Н.). На її базі 07.01.29 р. організовано Інститут фізики (ІФ) на чолі з директором Гольдманом О.Г. (закінчив Лейпцігський і Київський університети). Провідні співробітники ІФ започаткували нові наукові напрямки. Так, Лашкарьов В.Е. згодом став першим директором Інституту напівпровідників,

Герцрікен С.Д. очолив у 1930 р. відділ рентґенофізики ІФ, який перед війною був реорганізований у відділ металофізики, а в 1945 р. став підрозділом Інституту металофізики.В 1933 р. Інститут профосвіти та фізхімматінститут назвали Київським державним університетом. На щастя, зміна упаковки та надпису не змінює суті товару. Тому можна вважати, що КНУ існує з 1834 року, незалежно від того, що робили з народом і освітою.В 1931 р. на базі спеціалізації ФТТ Герцрікен С.Д. створив лабораторію рентґенометалофізики, яка в 1932 році стала кафедрою. Перший випуск фахівців кафедри відбувся у 1933 р.Герцрікен Соломон Давидович у 1926 р. закінчив фіз.-мат. факультет Київського інституту народної освіти. У 1927 році у співавторстві з Лашкарьовим В.Е. в „Українських фізичних записках” опублікував першу статтю „Камера для дебаєграм зразків довільної форми”. В 1936 р. він захистив кандидатську дисертацію, а в 1939 р. – докторську.В 1934 р. на кафедрі винайдено берилієве скло ГЕТАН (перші дві літери від прізвища Герцрікена С.Д.), що добре пропускало рентгенівські промені. Це дозволило налагодити у Петрограді виробництво рентгенівських трубок і зупинити їх імпорт.В повоєнні роки у галузі металофізики працювали: Герцрікен С.Д., Дехтяр І.Я., Жмудський О.З., Лісник А.Г., Каральник С.М., Кузьменко П.П., Батуринська Н.Л., Кальна Г.І., Супруненко П.О., Рябчун Т.О., Новиков М.М. і Ніколаєва Е.Г., Максимюк П.О., Петренко П.В., Харьков Є.Й., Васильцов С.А.Переважаючим напрямком досліджень була дифузія. В 1960 р. Герцрікен С.Д. і Дехтяр І.Я. опублікували монографію „Диффузия в металах и сплавах в твердой фазе”. В світовій літературі тоді було лише дві монографії по дифузії (Бугакова В.З. - 1949 р., та В.Зейта – 1959 р.). Монографія (563 с.) прославила колектив кафедри як провідний в області досліджень дифузії. Вона актуальна і до сьогодення., бо містить нестаріючі методи розрахунку коефіцієнтів дифузії та таблиці параметрів дифузії основних промислових сплавів.Напрямок рентгеноструктурних та рентгеноспектральних досліджень розвивали Жмудський О.З. і Каральник С.М. Дослідження по цій тематиці були драматичними для України. Згадаймо коротко історію.

- В 1881 р. І.Пулюй опублікував статтю „Проникнення швидких Х-променів з трубок назовні”;

- В 1901 р. В.Рентґен одержав Нобелівську премію за „відкриття” Х-променів;

- В 1913 р. Г.Вульф (народився в Ніжині) опублікував формулу з дифракції рентгенівських променів.

- В 1914 р. М.Лауе одержав Нобелівську премію за відкриття дифракції рентгенівських променів, а в 1915 р. Г.Брегг і Л.Брегг – за формулу Вульфа – Брегга.

Потім були дві Нобелівські премії за рентгеноструктурні дослідження пеніциліну і ДНК. Ці факти засвідчують, що визнання наукових досягнень вітчизняних вчених часто-густо наступає посмертно. Жмудський О.З. сконструював оригінальні камери для структурного аналізу, які були виготовлені в майстерні фізфаку. Йому вдалось вимірювати параметр кристалічної ґратки з рекордною і до сьогодення точністю – до п’ятого знаку після коми. Щоб на дослід не впливала нестабільність температури, експозиція була доведена до кількох секунд за рахунок збільшення потужності рентгенівської саморобної трубки та збільшення площі зразка, на якому відбувалась дифракція. В рентгенівській лабораторії, коли працювала ця установка, водяні труби і паркет „били” струмом. І хоча Жмудський О.З., Каральник С.М. і Кузьменко П.П. самі проводили експерименти і „підставляли” свої груди під Х-промені, вони були довгожителями, бо в них був науковий азарт (коли виробляються, як відомо, гормони, що посилюють імунітет). Демократично поводився в лабораторії і Герцрікен С.Д. Він завжди першим проводив новий експеримент, а вже потім доручав своїм учням виконувати серію дослідів. Ввечері (в 20-22 год.) телефонував до лабораторії і запитував, як „лягла на графік точка”. Він був фанатом фізики, навіть колекціонував леза для гоління, аби дослідити, з якої сталі вони виготовляються. Герцрікен С.Д. був точним і пунктуальним. В день, коли помер його батько, він прочитав лекцію студентам, а вже потім зайнявся похоронами. Сам він помер в 1961 р. у віці 60-ти років від обширного інфаркту, що трапився у відпустці після веслування на Десні. В м. Остер тоді негайно прилетіла проф. Поволоцька, відомий терапевт-кардіолог і добра знайома хворого. Не врятувала. Поверталося в Київ тіло Соломона Давидовича, лежачи в кузові „газона”, накрите простирадлом. Поруч сидів, обпершись спиною об кабіну, його аспірант і думав про суєтність життя, примарність слави і вічності. На похорони зібралося не менше 1000 людей, бо Герцрікен С.Д. був добрим і тактовним, мало брав, а багато давав.

 

В 1960 р. зав. кафедрою став Кузьменко П.П. Співробітники кафедри загальної фізики, якою керував Жмудський О.З. були, переважно, випускниками кафедри фізики металів (до 1972 р.). Тому наукова робота на обох кафедрах проводилась у тісній співдружності. Пізніше Петренко П.В. створив кафедру функціональних матеріалів (сучасна назва), яку зараз очолює випускник кафедри фізики металів Куліш М.П. Таким чином, кафедра фізики металів породила ще дві кафедри. Цим були розширені дослідження в області фізики твердого тіла, збільшено випуск спеціалістів. За 75 років лише кафедра фізики металів підготувала понад 1000 фахівців, 17-20% з яких захистили дисертації. Лауреатами різних премій стали понад 25 її випускників. Кузьменко П.П. став визнаним вченим за дослідження явища масопереносу при проходженні струму в металах. До його досліджень вважалось, що електроперенос визначають закони Фарадея. На кафедрі було відкрито інтенсивний масоперенос внаслідок розсіяння носіїв струму на дифундуючи іонах. Аспірант Островський Л.Ф. довів, що сила електронного вітру в 2-10 разів перевершує силу електричного поля. Аспірантка Гриневич Г.П. знайшла, що сила діркового вітру в 100-400 разів перевершує силу поля. Отже, було доведено, що в металах масоперенос не підкоряється законам Фарадея. Аспірант Лозовий В.І. показав, що в розплавах відсутній абсолютний перенос. Це дозволило запропонувати точнішу модель будови розплавів порівняно з моделлю академіка Френкеля. В 1983 р. Кузьменко П.П. опублікував монографію ”Электроперенос, термоперенос и диффузия в металлах”. Під керівництвом Кузьменка П.П. і його учня Харькова Є.Й. на кафедрах фізики металів і загальної фізики було виконано понад 30 дисертаційних робіт. Явище електропереносу перейшло в площину практичного використання, бо виявилось, що електромасоперенос вкорочує вік сучасної інтегральної мікросхеми (якщо довжина струмових доріжок коротша 10 мкм). За роботи в області дифузії Кузьменко П.П. і Харьков Є.Й. нагороджені держпремією України. Дослідження в галузі дифузії і зараз продовжуються на кафедрі під керівництвом доц. Оглоблі В.І. Було вперше досліджено ізотопний ефект дифузії трьох ізотопів олова в олов’яному розплаві і знайдена формула масової залежності коефіцієнтів дифузії. Розроблена флуктуаційна модель утворення і дисоціації нанокомплексів в розплавах. Аби читач мав уявлення про науковий подвиг при дослідженні електропереносу, ми – очевидці, наводимо наступну замальовку. На площі в 40 кв.м день і ніч гудуть 12 селенових випрямлячів струму, кожен висотою ~ 1 м. Вони разом дають струм 10000 А. В лабораторії духота до 40oС. Шумлять форвакуумні та водяні насоси. Експериментатор регулює напругу, дивлячись через пірометр на радіоактивний зразок, так, щоб його температура становила, наприклад, 1000±10 oС. Експозиція - 2-10 годин. Коли 10 годин – то по лабораторії ходить напружений і хмурий „ППК” (студентське прозвисько Кузьменка П.П.). І так було понад 5 років. Це був штурм проблеми, схожий на добування металу при золотій лихоманці.„ППК” писав вірші, уривок одного дозвольте процитувати:

„Не тревожь меня, Лира, красою своей,

Не зови у неведомы чудные дали.

Мне судьбою указан не этот удел.

Не тревожь, сердце полно печали”.

В ті часи популярною була пара слів „фізики-лірики”. „ППК” написав не один вірш. Крім того, він збирав політичні анекдоти, знаючи, що є потенціальним кандидатом розважати сибірських лісорубів. У 1956 р. Новиков М.М. (аспірант Герцрікена С.Д.) розпочав вивчення дефектів кристалічної структури. Останні в СРСР вважались примарами, а дислокаційники – марнотратцями. Новиков М.М. сконструював оригінальний дилатометр, що дозволяв вимірювати зміну об’єму ∆V при введені у зразок дефектів з чутливістю ∆V/V~10-6. Для цього срібна, наприклад, дротина приварювалась кінцями до срібного брусочка. За стрілою прогину дротини в процесі нагріву визначалась ∆V, що виникала внаслідок анігіляції дефектів кристалічної будови. В 1956-1962 рр. на цьому дилатометрі були досліджені всі чисті метали, з яких можна було виготовити фольги чи дріт. Було доведено, що енергії утворення і руху вакансій становлять кожна приблизно половину енергії активації самодифузії, а енергія анігіляції дислокацій залежить від їх типу. Разом зі студентом Копанем В.С. в 1957 р. Новиков М.М. виготовили установку, що вимірювала гранично малу електрорушійну силу (до 3*10-8В при вихідному опорі джерела 0,01 Ом). Тоді було відкрито: при деформації однієї з гілок термопари виникає термо-е.р.с., що пропорційна густині дислокацій. Опубліковані в 1959 р. дві статті на цю тему і понині вважаються піонерськими.
В 1962 р. Горідько М.Я., Новиков М.М. і Кузьменко П.П. повідомили про відкриття фотомеханічного ефекту (ФМЕ). Його суть: при освітленні кристалів сурми змінюються механічні властивості поверхні (пластичність, мікротвердість тощо). ФМЕ був пізніше ними виявлений в Ti, CdS, Ni, Cu, Al, Ge, Si, NaCl, KCl, LiF та інших кристалах. Були відкриті фотокапілярний, електромеханічний і концентраційний ефекти.

В 1968 р. аспірант Макара В.А. почав досліджувати дислокації, що виходять на поверхню лужногалоїдного кристалу і, отже, сильно відчувають зміну стану поверхні. Такі дислокації увійшли в науку під терміном „короткі дислокації”. У 1977 р. Новиков М.М., Макара В.А. та Стебленко Л.П. повідомили про вплив на рухливість коротких дислокацій оксидів, що були сформовані на поверхні кристалу Si. Так була започаткована тематика досліджень багатошарових напівпровідникових систем, яка інтенсивно розвивається і понині. Вона важлива для вдосконалення інтегральних схем, які по своїй суті є багатошаровими. Робота науковців була відзначена Державною премією України у 1987 р, премією МОН у 1983 р. за темою „Кремній”.
Велика група дослідників (Новиков М.М., Макара В.А., Горідько М.Я., Хименко М.В., Швидкий В.А., Руденко О.В., Котикова Т.Д., Мельниченко М.М., Драненко А.С., Стебленко Л.П., Весна Г.В., Теселько П.О., Кобзар Ю.Л., Шевченко В.Б., Науменко С.М., Робур О.Г., Курилюк А.М., Кріт О.М., Калініченко Д.В., Колпак  О.В. та понад 30 студентів) за останні 40 років дослідила вплив фізичних полів (електричного, магнітного, електромагнітного) та різноманітних технологічних обробок (лазерної, радіаційної, ультразвукової) на особливості динамічної поведінки дислокацій та інших дефектів структури і їх нанокластерів у напівпровідниках. Одержана серія результатів піонерського характеру, що стосуються електропластичних, електромеханічних, магнітопластичних, магнітомеханічних ефектів, ефектів зміни в полях електрофізичних характеристик і розсіювання рентгенівських променів. Ця тематика перемагала в міжнародних конкурсах і одержувала відповідне фінансування: проект 1995 р. в рамках фонду Сороса, проект 2004-2006 рр. з республікою Білорусь. Результати, що мають практичне значення, захищені 35 авторськими свідоцтвами СРСР на винаходи і патентом України.
Новим в області надпровідників є також дослідження властивостей наноструктурованих плівок кремнію. Вже створено робочі елементи фотолюмінесцентних сенсорів біологічних речовин і молекулярних забруднень середовищ.
У 1962-1964 рр. Копань В.С. почав виготовляти багатошарові композиційні матеріали, прокатуючи пакет з фольг, що чергувались. Товщина шару доходила до 10-20 нм. Перші дві роботи про композиції він опублікував у 1964 і 1965 рр. Так був започаткований в Україні новий напрямок – фізика нанокристалічних композиційних матеріалів (НКМ). Було доведено, що ділянки, які прилягають до границі контакту двох металів, мають параметри електроопору, термо-е.р.с., міцності, пластичності, магнетизму відмінні від таких параметрів в об’ємі. В біметалах ці ділянки становлять менше 1% об., а в НКМ – 30-50%. Це є причиною унікальних властивостей НКМ. Значний внесок у розвиток тематики зробили: Кузьменко П.П., Копань В.С., Лисенко О.В., Майборода В.П., Рево С.Л., Іменинник В.Г., Михалко В.Д., Пов’якель В.М., Безсонов В.Б., Подоба А.П., Дорохович В.П., Силенко П.М., Король Л.О., Ковальчук І.Г., Семенько М.П., Дашевський М.М., Скрипка О.І., Іваненко К.О., Хуторянська Н.В., Караман Д.Ю., Беженар А.А., Дун Зан Мін (аспірант з КНР). По тематиці нанокомпозицій одержано понад 60 авторських свідоцтв про винаходи і 3 патенти. Опубліковано 2 монографії та учбовий посібник.
Дослідження магнітних властивостей було започатковано в 1968 р. (Кузьменко П.П., Супруненко П.О.). Були досліджені фазові діаграми сплавів Сr з V, Nb, Ta, Ni та Mo (Захаренко М.І. і Бабич М.Г.) та пояснені магнітні властивості особливостями взаємодії d-електронів домішки і матриці.
В останні роки інтенсивно досліджуються невпорядковані системи – металеве скло і нанокристалічні матеріали (Захаренко М.І., Семенько М.П., Бабич М.Г., Наконечна О.І., Плющай І.В.). Відкрито ефекти заморожування спінового моменту атомів внаслідок структурної невпорядкованості. Відомо, що в полікристалічних феромагнетиках атоми зчеплені міцно, обмінний інтеграл d-електронів додатній, існує однонаправленість спінів, яка відчуває дію зовнішнього магнітного поля. В металевому склі порушені міжатомні зв’язки, спіни частини d-eлектронів „заморожені” в полях своїх атомів і слабо реагують на зовнішнє поле. Розроблена багатозонна модель, що дозволяє розраховувати електронну структуру широкого класу матеріалів включно з ДНК.
Відкрито нове явище – аномальний тензоопір аморфних і нанокристалічних сплавів. Його суть: при розтягуванні металевого скла відносна зміна електроопору на порядок перевершує цей параметр полікристалічного зразка. Наукова група співпрацює з вченими США, Німеччини, Франції, Росії, Угорщини, Швейцарії та Іспанії. Опубліковано 3 монографії та понад 200 статей.
В кінці семидесятих років минулого сторіччя на кафедрі було сформовано колектив під керівництвом Марківа В.Я. (який вже тоді був визнаним фахівцем з визначення структур монокристалів будь-яких складних систем). Наукова група (Білявина Н.М., Гавриленко І.С., Шевченко І.П., Рачинський В.Г.), заробивши кошти при виконанні госп. – договірних робіт, закупила сучасну апаратуру і виготовила обладнання для синтезу та термообробки сплавів. Суттєвими науковими результатами є: вперше побудовано ізотермічні перерізи діаграм біля 150 нових потрійних систем, синтезовано більше 450 інтерметалічних сполук (50 нових структурних типів). Опубліковано понад 300 статей, значну частину – в зарубіжних виданнях (Handbook of Ternary Alloy Phase Diagram, Pearson’s Handbook Crystallographic Data for Intermetallic Phases, The Powder Diffraction File and Related Products та ін.).
Випускники – фахівці досліджень структури - працюють в США, Франції, Швейцарії, Фінляндії, Німеччині. Такий значний інтерес до вивчення структури обумовлений незаперечним фактом: перш, ніж досліджувати явище в будь-якій природничій науці, потрібно знати, з яким об’єктом маємо справу, як розташовані в ньому атоми і молекули, тобто, потрібно знати його структуру.
Мрією матеріалознавців є створення пластичної кераміки, оскільки вона може працювати при температурах, що перевершують 1200оС (верхня робоча межа переважної кількості конструкційних металевих сплавів).
В 1996 р. Новиков М.М. і Копань Т.В. вперше створили керамічний композиційний матеріал з порівняно пластичної нанокристалічної матриці SiC, армованої неперервними волокнами SiC.
Нині на кафедрі широким фронтом розгорнуті дослідження (Макара В.А., Казо І.Ф., Когутюк П.П., Попов О.Ю., Чорнобук С.В., Тоцький І.М.) міцності та пластичності широкого спектру безкисневих керамік, що є перспективними для виготовлення деталей атомних реакторів нового типу.
Значним науковим досягненням групи є відкриття наявності в кераміках фулеренів С60, С70, а також стабільних нанокластерів карбоборатів.