Напряжение смещения подложки (U_B) играет важную роль в процессах формирования покрытий методом физического осаждения из паровой фазы и влияет на морфологию покрытий, их физические свойства, микротвердость, модуль упругости, напряжения, а также на структуру и фазовый состав, микроструктуру и плотность. Для определения характеристик покрытий ZrN, сформированных магнетронным распылением при напряжении смещения подложки от –10 В до –100 В, в ходе исследования использовались рентгеновская дифракция (фазовый состав), сканирующая электронная и атомно-силовая микроскопия (морфология поверхности и распределение макрочастиц на поверхности покрытия, трибологические свойства), а также наноиндентирование (микротвердость и модуль упругости). При росте отрицательного напряжения смещения подложки наблюдалось увеличение интенсивности дифракционных линий ZrN (200), (220) и (222) относительно линии ZrN (111). Шероховатость покрытий уменьшалась с ростом отрицательного напряжения смещения подложки. Самое высокое значение микротвердости (30,6 ГПа) отмечалось для покрытий, сформированных при U_B = –50 В. В свою очередь низкую износостойкость по- казало покрытие, осажденное при –100 В, что связано с низким коэффициентом H/E, показывающим низкое упругое поведение покрытия при нагрузке. На покрытии с высокой износостойкостью, осажденном при –10 В, выполнены дополнительные трибологические испытания (от 10 до 50) при различных скоростях (1,99–8,00 мкм/с) и нагрузке (от 8 до 27 мкН). Полученные результаты можно применять при разработке износостойких покрытий для узлов трения различных устройств в машино- и приборостроении, энергетике и транспорте.м

Механические свойства клеток, определяемые в основном свойствами и структурой цитоскелета, неоднородны на микро- и наномасштабах. Пространственное распределение таких механических параметров, как модуль упругости и сила адгезии, по поверхности фибробластов характеризует их механический фенотип. С по- мощью картирования механических свойств с использованием режима Force Volume атомно-силовой микроскопии и применения статистических методов анализа (моделирование распределений параметров двухкомпонентной Гауссовой смесью и кластеризация данных) установлены закономерности изменения пространственного распределения механических свойств поверхности фибробластов первичных культур, выделенных из легкого необлученных и облученных 14-месячных крыс Wistar и 3-недельного постлучевого периода. После облучения изменяется доля участков поверхности с повышенными упругими свойствами и сниженными адгезионными свойствами, соответствующих участкам плазмалеммы над структурами стрессовых волокон. Полученные данные свидетельствуют о том, что облучение как в низких (0,1 Гр), так и в высоких (1 и 15 Гр) дозах вызывает изменения механического фенотипа фибробластов в течение раннего отдаленного постлучевого периода. Эти характерные изменения в механике фибробластов могут представлять собой ранние биомаркеры радиационно-индуцированных осложнений, таких как радиационный фиброз.

Приведены результаты комплексного исследования (с применением методов атомно-силовой микроскопии  и  структурного  анализа)  водородсодержащих  кристаллов  гидросульфатфосфатов  цезия  Cs₃(HSO₄)₂(H₂PO₄) и Cs₄(HSO₄)₃(H₂PO₄). Рассматриваются применения контактных и бесконтактных методик атомно-силовой микроскопии для изучения морфологии поверхности и локальных электрических характеристик кристаллов. В результате сопоставления итогов исследований электропроводности и структуры обнаружено увеличение проводимости, связанное с образованием суперпротонных фаз и изменением системы водородных связей. Полученная информация о реальной и атомной структуре, проводимости и фазовых превращениях кристаллов-суперпротоников имеет принципиальное значение для поиска и создания новых функциональных материалов для энергоэффективных технологий. 

Микродуговое оксидирование позволяет получить на поверхности алюминиевых сплавов защитные покрытия, в том числе триботехнического назначения. Недостатком является относительно высокий коэффициент трения, а также и малая устойчивость к сдвиговой деформации. Улучшение свойств покрытий возможно при их модификации путем введения в электролит различных добавок с целью увеличения износостойкости покрытий и уменьшения коэффициента трения скольжения в паре с различными материалами. Были исследованы МДОпокрытия, созданные на основе коммерческого сплава Д16. В базовый электролит добавлялся полимерный модификатор (мелкодисперсный фторопласт) в сочетании со синтанолом от 0,5 до 6 г/л (всего пять вариантов покрытия). Испытания на трение в соответствии со стандартом ASTM G99 проводились на триботестере MFT-5000 (Rtec, США) в режиме однонаправленного скольжения шарика (диаметр 10 мм) из карбида кремния по поверхности образцов. На оптическом профилометре S neox 3D (Sensofar-Tech, Испания) были получены оптические изображения дорожек трения и пятен контакта контр-тела. Установлено, что линейный износ контр-тела составляет не более 10 мкм. Значения коэффициента трения (от 0,4 до 0,6) в среднем меньше, чем для контакта керамика-керамика, что связано с наличием антифрикционного модификатора. Присутствие модификатора в электролите способствует увеличению пористости керамического покрытия. При этом покрытие является износостойким (износ на уровне шероховатости) при малых концентрациях модификатора. Таким образом, существует оптимальное для данных условий фрикционного контакта количество модификатора, обеспечивающее снижение трения, но не увеличивающее критически пористость покрытия.

Проведены исследования влияния подложки на структуру и свойства пленок сополиуретанимидов (соПУИ) с помощью методов атомно-силовой микроскопии (АСМ), наноиндентирования и деформационно-прочностных испытаний. Установлено, что морфология поверхности пленок соПУИ (Р-2300ТДИ-Р)(СОДп) более однородна по сравнению с соПУИ (Р-AltТДИ-Р)(СОДп). Пленки характеризуются крайне низкой жесткостью (модуль упругости составил 3,6–3,7 МПа, прочность – ниже 4 МПа). Методом наноиндентирования установлено, что у первого соПУИ одновременно существуют две фазы: первая, условно называемая «аморфной» (E = 30–40 МПа), и вторая условно называемая «частично упорядоченной» (E = 10–25 ГПа). Микротвердость для соПУИ (P-2300ТДИ-Р)СОДп находится в диапазоне от 2 до 4 МПа. С помощью АСМ определено, что наибольшая величина силы адгезии и соответственно удельная поверхностная энергия наблюдаются у соПУИ (Р-2300ТДИ-Р)(СОДп). Проведены механические испытания и получены деформационные кривые пленок соПУИ, нанесенных на разные подложки. Показано, что морфология и степень шероховатости поверхности пленок, бывшей в процессе приготовления в контакте с подложкой, существенно зависят от природы подложки. Полученные результаты могут быть использованы для создания антифрикционных покрытий, мембран для первапорационного выделения ароматических углеводородов из жидких смесей алифатических и ароматических углеводородов, что актуально для нефтехимической технологии. Данные синтезированные материалы могут применяться в качестве мембран для разделения смесей газов азот/углекислый газ в целях улавливания углекислого газа из топочных газов тепловых электростанций, конструкционных термоэластопластов типа полиуретанов для 3D-печати, а также подложек с контролируемой адгезией для удержания микрообъектов.

Рассмотрены механико-математические модели для расчета физико-механических свойств одно- и многослойных материалов нанометровой толщины, выбора точки контакта с учетом типа взаимодействия кантилевера с поверхностью материала, их преимущества и недостатки. Показана возможность расчета толщины многослойных материалов путем решения обратной задачи. Разработана методика неразрушающего контроля модуля упругости и толщины пленок Ленгмюра–Блоджетт на основе полиметилметакриалата по данным статической силовой микроскопии. Методом атомно-силовой микроскопии проведен анализ структуры и локальных физико-механических свойства пленок Ленгмюра–Блоджетт на основе полиметилметакрилата и композиционных, содержащих 41,7; 83,3; 167; 333 моль наночастиц SiO₂ из расчета на 1 моль полимера. Разработана программа AFM1 для анализа данных статической силовой спектроскопии, в которой реализован выбор точки контакта по модели Джонсона– Кенделла–Робертса (ДКР), реализован расчет значений модуля упругости по модели Герца, ДКР, Сюэ–Миранда, Mакушкина  и  Меншика.  Проведено  сравнение  расчетных  значений  модуля  упругости  и  толщины  покрытий с использованием вышеуказанных моделей. Установлено, что значения толщины пленок, рассчитанные по модели Макушкина, коррелируют с экспериментальными данными, полученными путем создания искусственного дефекта в пленке. Полученные результаты актуальны для диагностики и анализа свойств новых функциональных наноматериалов.