Год издания: 2020
Ключевые слова: высокоэнергетические процессы, антиферромагнитные наночастицы, ферромагнетизм, дуговой разряд низкого давления, остаточные напряжения, поверхностные эффекты
Аннотация: Возрастающий интерес, проявляемый в настоящее время к магнитным наночастицам, вызван как поиском новых материалов для практических применений, так и фундаментальными вопросами, касающимися изменений свойств материалов при их уменьшении до наноразмерной области. Действительно, при уменьшении размеров возрастает роль поверхностных эфПоказать полностьюфектов, и при сопоставимом количестве «поверхностных» атомов и атомов, заключённых в объёме, свойства наночастицы могут сильно отличаться от объёмного аналога. Применительно к материалам, проявляющим магнитное упорядочение в объёмном виде, магнитная структура может кардинально измениться – при структурной однородности частицы в ней может существовать не одна магнитная фаза. Ярким примером этому являются наночастицы материалов, проявляющих в объёмном виде антиферромагнитное упорядочение: в них благодаря дефектам появляется нескомпенсированный магнитный момент, который сосуществует вместе с антиферромагнитным упорядочением в объёме частицы. Кроме того, наличие оборванных химических связей на поверхности и конечный размер частиц зачастую приводят к изменению температуры магнитного упорядочения или магнитного перехода И, здесь принципиально важным является как установление фундаментальных основ формирования магнитных свойств, так и материаловедческий аспект исследования таких материалов.?Кроме того, для создания новых высокоупорядоченных функциональных наноструктурированных материалов с улучшенными свойствами требуется разработка эффективных методов синтеза наночастиц. ?Нами предлагается синтез наночастиц CuO и NiO в плазме дугового разряда низкого давления. Синтез оксидов в плазме дугового разряда низкого давления проводится путем испарения металла с последующим окислением частиц металла в кислородсодержащей плазме. Образование нанопорошков оксидов металлов с минимальным размером частиц (размером 3–20 нм) достигается при взаимодействии паров металла с кислородом, за счет чего происходит быстрое снижение температуры. Интенсивное охлаждение не только тормозит рост частиц, но и увеличивает скорость образования зародышей конденсированной фазы. Кроме того, изменяя парциальное давление кислорода, можно управлять фазовым составом наночастицы, а также стехиометрией по кислороду. Огромное значение в процессах формирования материалов конденсацией из плазменной фазы имеет энергия и степень ионизации конденсирующихся частиц, которые определяют структуру конденсатов. Изменение энергии частиц в процессе конденсации позволяет получать различные структуры конкретного материала – от аморфного до кристаллического; причем размеры, форма кристаллов меняются в зависимости от энергии. Следовательно, в таких методах в отличие от всех других существующих открываются принципиально новые возможности управления структурой получаемых материалов путем выбора оптимальной энергии конденсирующихся заряженных частиц. При этом скорость конденсации в процессах формирования материалов может быть практически любой допустимой. Эти преимущества открывают широкие перспективы получения особо чистых наноразмерных материалов со специальными свойствами методами вакуумной ионно-плазменной технологии высоких энергий.?Именно такого рода подходы и возможности управления структурой, а, следовательно, свойствами получаемого продукта, необходимы для получения наночастиц с широкими функциональными и магнитными характеристиками.?В ходе выполнения данного проекта впервые планируется синтез и комплексное исследование физико-химических, магнитных и электрофизических свойств наночастиц CuO и NiO. Основной целью данного проекта является изучение роли размерных и поверхностных эффектов, остаточных напряжений в формировании магнитных и электрофизических свойств наноразмерных частиц, а также развитие теоретических и практических подходов в изучении физико-химических процессов их формирования. Полученные наночастицы CuO и NiO будут исследованы с использованием большого набора экспериментальных методик. Это позволит выявить закономерности в формировании магнитной структуры синтезированных наночастиц. В качестве практического применения синтезированных магнитных наночастиц, планируется получения полимерных нанокомпозиционным материалов и изучение их свойств.?Уникальность объектов исследования и использование широкого спектра методов анализа позволяет утверждать, что данная задача является принципиально новым шагом в развитии представления о формировании магнитных свойств наночастиц. Полученные результаты позволят глубже понять роль поверхностных атомов в формировании магнитной структуры исследуемых систем и установить взаимосвязи магнитной структуры с физико-химическими процессами, проходящими в процессе синтеза наночастиц.?