energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2026-69-1-50-63energy-2535Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGТехнологии улучшения эксплуатационных характеристик динамических газожидкостных теплоэнергетических установок при управляемом лазерном индуцировании регулируемых локальных конфигураций топологических микро- и наноструктур на внутренней металлической поверхности рабочих камер. Часть 2Technologies for Improving the Operational Characteristics of Dynamic Gas-Liquid Thermal Power Plants with Controlled Laser Induction of Adjustable Local Configurations of Topological Microand Nanostructures on the Internal Metal Surface of Working Chambers. Раrt 2РыжоваТ. В.RyzhovaT. V.

Адрес для перепискиРыжова Татьяна ВикторовнаБелорусский национальный технический университетпросп. Партизанский, 77,220107, г. Минск,Республика Беларусь

Тел.: +375 17 250-36-95

ryzhovatv@bntu.by

Address for correspondenceRyzhova Tatiana V.Belarusian National Technical University77, Partizansky Ave.,220107, Minsk, Republic of BelarusTel.: +375 17 250-36-95

ryzhovatv@bntu.by

ryzhovatv@bntu.byТумаркинаД. Д.TumarkinaD. D.

г. Владимир

Vladimir

БухаровД. Н.BukharovD. N.

г. Владимир

Vladimir

СамышкинВ. Д.SamishkinV. D.

г. Владимир

Vladimir

ЛелековаА. Ф.LelekovaA. F.

г. Владимир

Vladimir

АракелянМ. М.ArakelyanM. M.

г. Ереван

Yerevan

КучерикА. О.KucherikA. O.

г. Владимир

Vladimir

АракелянС. М.ArakelyanS. M.

г. Владимир

Vladimir

Белорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarusВладимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича СтолетовыхРоссияVladimir State University named after A. G. and N. G. StoletovsRussian FederationЕреванский государственный университетАрменияYerevan State UniversityArmenia2026100220266915063Copyright © Рыжова Т.В., Тумаркина Д.Д., Бухаров Д.Н., Самышкин В.Д., Лелекова А.Ф., Аракелян М.М., Кучерик А.О., Аракелян С.М., 20262026Рыжова Т.В., Тумаркина Д.Д., Бухаров Д.Н., Самышкин В.Д., Лелекова А.Ф., Аракелян М.М., Кучерик А.О., Аракелян С.М.Ryzhova T.V., Tumarkina D.D., Bukharov D.N., Samishkin V.D., Lelekova A.F., Arakelyan M.M., Kucherik A.O., Arakelyan S.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/2535

Во второй части статьи проведено исследование и моделирование электрофизических характеристик деталей разного предназначения с определенной лазерно-индуцированной конфигурацией микро- и наноструктурных особенностей на поверхности изделия. Актуальность данного рассмотрения связана с тем, что при функционировании любой энергетической установки неотъемлемой ее частью являются значения ее электрофизических характеристик. Проведенные исследования позволяют управлять ими как в подводимой платформе собственно электропитания от соответствующих генераторов для установки, так и в отводимой от нее энергии для обеспечения работы соответствующих блоков, электропитание которых осуществляется энергоустановками разного класса при их функционировании в требуемых режимах, включая и экстремальные динамические режимы эксплуатации. В исследовании речь идет конкретно о демонстрационных схемах с прототипами систем с использованием микросвитков 1D-структур диоксида титана в металлоуглеродных соединениях (углерод – золото) в условиях цепочного С–Au легирования. При этом была реализована трехэтапная схема с использованием лазерной абляции из титановой мишени с синтезом тонкой пористой пленки диоксида титана и ее осаждением на демонстрационную подложку из кварцевого стекла. Далее производился ввод линейных цепочек углерода, стабилизированных наночастицами золота по краям линейных цепочек, в матрицу пористой пленки диоксида титана струйным распылением и реализовывалось формирование массива микросвитков, получаемого с помощью механического воздействия. Проведено математическое и компьютерное моделирование топологических микро и наноструктур на поверхности металлических комплексов с управляемыми при лазерном воздействии конфигурациями. Выполненный анализ позволяет сделать вывод, на основе предложенных  процедур с процессами регулирования топологической структурой для рассмотренных поверхностных объектов при их лазерном синтезе, о перспективности данного направления, что связано с возможностью управления функциональными поверхностными характеристиками в требуемом направлении, в частности по их электрофизическим параметрам для различных изделий, в устройствах, используемых в энергетике.

The second part of the article presents a study and modeling of the electrophysical characteristics of parts with various purposes featuring a specific laser-induced configuration of microand nanostructural surface features on the product. The relevance of this study is due to the fact that during the operation of any power plant, the values of its electrophysical cha-racteristics are an integral part of it. The conducted research enables control over these chara-cteristics both in the input platform for power supply from corresponding generators to the installation and in the output energy used to ensure the operation of respective units, whose power supply is provided by energy installations of different classes during their operation in required modes, including extreme dynamic operating modes. This study specifically addresses demonstration circuits with prototypes of systems using microscrolls of 1D titanium dioxide structures in metal-carbon compounds (carbon – gold) under C–Au chain doping conditions. In this case, a three-stage process was implemented using laser ablation from a titanium target, synthesizing a thin porous titanium dioxide film and depositing it onto a demonstration quartz glass substrate. Subsequently, linear carbon chains, stabilized by gold nanoparticles at their edges, were introduced into the porous titanium dioxide film matrix by jet spraying, forming an array of microscrolls through mechanical action. Mathematical and computer modeling of topological microand nanostructures on the surfaces of metal complexes with laser-controlled configurations was performed. The conducted analysis allows us to draw a conclusion, based on the proposed procedures and processes regulating the topological structure of the considered surface objects during their laser synthesis, about the prospects of this direction, which is associated with the possibility of controlling the functional surface characteristics in the required direction, particularly regarding their electrophysical para-meters for various products used in energy devices.

электрофизика устройств систем энергетикиуправляемые поверхностные характеристики при лазерном воздействииметаллоуглеродные комплексыС–Au цепочечные структурымикросвитки TiO2регулируемые теплофизизические и электрофизические динамические процессыelectrophysics of energy system deviceslaser-controlled surface characteristicsmetal-carbon complexesC-Au chain structuresTiO2 microscrollsregulated thermophysical and electrophysical dynamic processesРабота выполнена в рамках Государственного задания в сфере научной деятельности Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема FZUN-2024-0019, Госзадание ВлГУ).ReferencesДинамические процессы развития трещиноватости фрактального типа: модели для твердотельного материала камеры энергетической установки в процессе ее эксплуатации / Т. В. Рыжова [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2024. Т. 67, № 2. С. 152–172. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2024-67-2-152-172.Ryzhova T. V., Bukharov D. N., Arakelian M. M., Arakelyan S. M. (2024) Dynamic Processes of Development Jointing of a Fractal Type: Models for a Solid-State Material of the Chamber in a Power Facility during its Operation. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 67 (2), 152–172. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2024-67-2-152-172 (in Russian).Самопроизвольное зарастание трещиноватости в рабочих камерах энергетических газожидкостных тепловых установок – диффузионные динамические процессы / Т. В. Рыжова [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2024. Т. 67, № 4. С. 345–362. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2024-67-4-345-362.Ryzhova T. V., Bukharov D. N., Arakelian M. M., Arakelyan S. M. (2024) Spontaneous Overgrowth of Jointing in the Working Chambers of Power Gas-Liquid Thermal Installations – Diffusion Dynamic Processes. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 67 (4), 345–362. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2024-67-4-345-362 (in Russian).Нанотрубки диоксида титана: синтез, структура, свойства и применение / А. А. Ремпель, А. А. Валеева, А. С. Вохминцев, И. А. Вайнштейн // Успехи химии. 2021. T. 90, № 11. С. 1397–1414. https://doi.org/10.1070/RCR4991.Rempel A. A., Valeeva A. A., Vokhmintsev A. S., Weinstein I. A. (2021) Titanium Dioxide Nanotubes: Synthesis, Structure, Properties and Applications. Russian Chemical Reviews, 90 (11), 1397–1414. https://doi.org/10.1070/rcr4991.Advancements in Black Titanium Dioxide Nanomaterials for Solar Cells: a Comprehensive Review/ T. C. Selema, T. D. Malevu, M. R. Mhlongo [et al.] // Emergent Materials. 2024. Vol. 7, No 6. P. 2163–2188. http://doi.org/10.1007/s42247-024-00731-z.Selema T. C., Malevu T. D., Mhlongo M. R., Motloung S. V., Motaung T. E. (2024) Advancements in Black Titanium Dioxide Nanomaterials for Solar Cells: a Comprehensive Review. Emergent Materials, 7 (6), 2163–2188. https://doi.org/10.1007/s42247-024-00731-z.Effect of Defects On Photocatalytic Activity of Rutile TiO2 Nanorods / Z. Zhao, X. Zhang, G. Zhang [et al.] // Nano Research. 2015. Vol. 8, No 12. P. 4061–4071. https://doi.org/10.1007/s12274-015-0917-5.Zhao Z., Zhang X., Zhang G., Liu Z., Qu D., Miao X., Feng P., Sun Z. (2015) Effect of Defects on Photocatalytic Activity of Rutile TiO2 Nanorods. Nano Research, 8 (12), 4061–4071. https://doi.org/10.1007/s12274-015-0917-5.Barlow, Z. Surface and Defect Engineered Polar Titanium Dioxide Nanotubes as an Effective Polysulfide Host for High-Performance Li–S Batteries / Z. Barlow, Z. Wei, R. Wang // Materials Chemistry and Physics. 2023. Vol. 309. P. 128316. http://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2023.128316.Barlow Z., Wei Z., Wang R. (2023) Surface and Defect Engineered Polar Titanium Dioxide Nanotubes as an Effective Polysulfide Host for High-Performance Li-S Batteries. Materials Chemistry and Physics, 309, 128316. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2023.128316.One-Step Hydrothermal Synthesis of Anatase TiO2 Nanotubes for Efficient Photocatalytic CO2 Reduction / K. Alkanad, A. Hezam, N. Al-Zaqri [et al.] // ACS Omega. 2022. Vol. 7, No 43. P. 38686–38699. http://doi.org/10.1021/acsomega.2c04211.Alkanad K., Hezam A., Al-Zaqri N., Bajiri M. A., Alnaggar G., Drmosh Q. A., Almukhlifi H. A., Neratur Krishnappagowda L. (2022) One-Step Hydrothermal Synthesis of Anatase TiO2 Nanotubes for Efficient Photocatalytic CO2 Reduction. ACS Omega, 7 (43), 38686–38699. https://doi.org/10.1021/acsomega.2c04211.Handbook of Sol-Gel Science and Technology / eds: L. Klein, M. Aparicio, A. Jitianu. 2nd ed. Cham, Switzerland: Springer, 2018. 3828 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-32101-1.Klein L., Aparicio M., Jitianu A. (Eds.). (2018) Handbook of Sol-Gel Science and Technology. 2nd ed. Cham, Switzerland: Springer. 3828. https://doi.org/10.1007/978-3-319-32101-1.A Review on TiO2-based Nanotubes Synthesized Via Hydrothermal Method: Formation Mechanism, Structure Modification, and Photocatalytic Applications / N. Liu, X. Chen, J. Zhang, J. W. Schwank // Catalysis Today. 2014. Vol. 225. P. 34–51. http://doi.org/10.1016/j.cattod.2013.10.090.Liu N., Chen X., Zhang J., Schwank J. W. (2014. A Review on TiO2-Based Nanotubes Synthesized via Hydrothermal Method: Formation Mechanism, Structure Modification, and Photocatalytic Applications. Catalysis Today, 225, 34–51. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2013.10.090.Titanium-Based Metasurfaces for Optoelectronics / S. Kavokina, V. Samyshkin, J. Cao [et al.] // Nanomaterials. 2023. Vol. 14, No 1. Art. 56. https://doi.org/10.3390/nano14010056.Kavokina S., Samyshkin V., Cao J., Abramov A., Osipov A., Essaka S. P., Khalimov N., Bodunov D., Kavokin A. (2023) Titanium-Based Metasurfaces for Optoelectronics. Nanomaterials, 14 (1), 56. https://doi.org/10.3390/nano14010056.Electric Field Assisted Alignment of Monoatomic Carbon Chains/ S. Kutrovskaya, I. Chestnov, A. Osipov [et al.] // Scientific Reports. 2020. Vol. 10, No 1. Art. 9709. https://doi.org/10.1038/s41598-020-65356-8.Kutrovskaya S., Chestnov I., Osipov A., Samyshkin V., Sapegina I., Kavokin A., Kucherik A. (2020) Electric Field Assisted Alignment of Monoatomic Carbon Chains. Scientific Reports, 10 (1), 9709. https://doi.org/10.1038/s41598-020-65356-8.Агафонова, Н. А. Математические основы феноменологического метода построения аналитических моделей теплоэнергетических объектов управления / Н. А. Агафонова // Вестник ИГЭУ. 2007. № 4. C. 69–71.Agafonova N. A. (2007) Mathematical Foundations of the Phenomenological Method for Constructing Analytical Models of Thermal Power Control Facilities. Vestnik of Ivanovo State Power Engineering University, (4), 69–71 (in Russian).Левина, А. П. Обзор метода имитационного моделирования / А. П. Левина // Современная техника и технологии. 2017. № 5 URL: https://technology.snauka.ru/2017/05/13530. (дата обращения: 28.04.2025).Levina A. P. (2017) Review of the Simulation Modeling Method. Sovremennaya Tekhnika i Tekhnologii = Modern technics and technologies, (5). Available at: https://technology.snauka.ru/2017/05/13530 (accessed 28 April 2025) (in Russian).Savin, A. V. Using Spiral Chain Models for Study of Nanoscroll Structures / A. V. Savin, R. A. Sakovich, M. A. Mazo // Physical Review B. 2018. Vol. 97, No 16. P. 165436. http://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.165436.Savin A. V., Sakovich R. A., Mazo M. A. (2018) Using Spiral Chain Models for Study of Nanoscroll Structures. Physical Review B, 97 (16), 165436 https://doi.org/10.1103/physrevb.97.165436.Евсеев, А. А. Клеточно-автоматное моделирование диффузионных процессов на триангуляционных сетках / А. А. Евсеев, О. И. Нечаева // Прикладная дискретная математика. 2009. № 4. С. 72–83.Evseev A. A., Nechaeva O. I. (2009) Cellular Automaton Modeling of Diffusion Processes on Triangulation Grids. Prikladnaya Diskretnaya Matematika = Applied Discrete Mathematics, (4), 72–83 (in Russian).Development of Kovacs Model for Electrical Conductivity of Carbon Nanofiber–Polymer Systems / S. K. Arjmandi, J. Khademzadeh Yeganeh, Y. Zare, K. Y. Rhee // Scientific Reports. 2023. Vol. 13. Art 7. https://doi.org/10.1038/s41598-022-26139-5.Arjmandi S. K., Khademzadeh Yeganeh J., Zare Y., Rhee K. Y. (2023) Development of Kovacs Model for Electrical Conductivity of Carbon Nanofiber–Polymer Systems. Scientific Reports, 13, 7. https://doi.org/10.1038/s41598-022-26139-5.Cornean, H. D. A Rigorous Proof of the Landauer-Büttiker Formula / H. D. Cornean, A. Jensen, V. Moldoveanu // J. Math. Phys. 2005. Vol. 46, No 4. P. 042106. http://doi.org/10.1063/1.1862324.Cornean H. D., Jensen A., Moldoveanu V. (2005) A Rigorous Proof of the Landauer–Büttiker formula. Journal of Mathematical Physics, 46 (4), 042106. https://doi.org/10.1063/1.1862324.Modeling and Characterization of the Electrical Conductivity on Metal Nanoparticles/Carbon Nanotube/Polymer Composites / Y. Wang, S. Lu, W. He [et al.] // Scientific Reports. 2022. Vol. 12, No 1. Art. 10448. https://doi.org/10.1038/s41598-022-14596-x.Wang Y., Lu S., He W., Gong S., Zhang Y., Zhao X., Fu Y., Zhu Z. (2022) Modeling and Characterization of the Electrical Conductivity on Metal Nanoparticles/Carbon Nanotube/Polymer Composites. Scientific Reports, 12 (1), 10448. https://doi.org/10.1038/s41598-022-14596-x.Batsanov, S. S. Calculation of van der Waals Radius of Atoms From Bond Distances / S. S. Batsanov // Journal of Molecular Structure: THEOCHEM. 1999. Vol. 468, No 1–2. P. 151–159. https://doi.org/10.1016/S0166-1280(99)00077-9.Batsanov S. S. (1999) Calculation of van der Waals radii of Atoms From Bond Distances. Journal of Molecular Structure: THEOCHEM, 468 (1–2), 151–159. https://doi.org/10.1016/s0166-1280(99)00077-9.

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