Азаренков Н.А. - Наноматериалы, страница 6

В табл. 1.6 схематично показано изменение характеристик различных ферроиков под влиянием соответствующих полей с учетом дисперсности.Коэрцитивная сила Hc различных магнитомягких материалов немонотонно зависит от размера кристаллитов.

До 40 – 70 нм она возрастает.В области 40 – 70 нм имеет плоский максимум, а затем убывает при дальнейшем уменьшении размера кристаллитов. Вообще, оптимальныехарактеристики (min Hc, max магнитной проницаемости µ = B/H и индукции насыщения Bs) магнитомягких материалов реализуются при размерекристаллитов менее 20 нм.Гигантским магнитно-резистивным эффектом обладают многослойные пленки (сверхрешетки), состоящие из чередующихся нанослоев28ферромагнитного и немагнитного материалов (Fe/Cr, Co/Cu, Ni/Ag идр.), а также порошковых нанокомпозиций такого состава.При приложении магнитного поля к этим наноструктурам наблюдается значительное уменьшение электросопротивления по сравнению с однородными аналогичными материалами.

Также для магнитных сверхрешеток и магнитотвердых материалов при уменьшении толщины пленок и размеров кристаллитов может наблюдаться переход в суперпарамагнитное состояние, сопровождаемое нарушением магнитногопорядка (снижением магнитных характеристик).Таблица 1.6Влияние размерного фактора на характеристики ферромагнетиков,сегнетоэлектриков и сегнетоэластиков [18]У антиферромагнетиков типа CuO и NiO в наносостоянии зависимость намагниченности от приложенного магнитного поляимеет характерный для ферромагнетиков вид, т.е.

обнаруживаются гистерезисные свойства.Помимо этого магнитным материалам присущ магнитокалорический эффект, состоящий в упорядочивании магнитных спинов внедрен29ных магнитных частиц в структуру немагнитной или слабомагнитнойматрицы вдоль направления приложенного магнитного поля.Увеличение твердости и прочности наноматериалов, изменение пластичности, упругих характеристик, стабильности, каталитических и диффузных свойств известно и изучается в настоящее время.

Эти особенноститакже можно использовать при создании элементов приборных устройств.Установление соответствующих размерных закономерностей открывает возможности перехода к новому поколению материалов, свойства которых меняются с помощью регулирования размеров и формы составляющих их структурных элементов.Контрольные вопросы1. Что понимают под термином нанотехнология?2. Каково место объектов наномира на общей шкале размеров?3. Определите пространственную размерность нанообъектов.4.

Определите понятие наноконсолидированные материалы.5. С чем связана повышенная прочность нанокристаллических материалов?6. Какова особенность структуры межзеренных границ нанокристаллических материалов?7. Какова доля нанокристаллического вещества, приходящаяся на межзеренные границы?8. Приведите формулы, описывающие зависимости общей доли поверхностей раздела, долей межзеренных границ, а также тройных стыков от размеров кристаллов.9. Каковы термодинамические особенности наноструктур?10. Как можно рассчитать электросопротивление наноматериалов?11. Определите особенности наноферромагнетиков.12.

Чем заменяется ферромагнетизм при переходе к нанометровым размерам?13. Определите понятие суперпарамагнетизм.14. Какова зависимость коэрцитивной силы наноферромагнетиков от размера частиц?Литература к разделу 11. Gleiter H. Nanostructured materuals: basic concepts and microstructure //Acta Materialia. – 2000.

– Vol. 48, No. 1. – P. 1-29.2. Головин Ю. И. Введение в нанотехнологию. – М.: Изд-во «Машиностроение», 2003. – 112 с.3. Андриевский Р. А., Глезер А. М. Размерные эффекты в нанокристаллических материалах. 1. Особенности структуры. Термодинамика. Фазовые30равновесия. Кинетические явления // Физика металлов и металловедение.– 1999. – Т. 88, № 1. – С. 50-73.4. Андриевский Р. А., Рагуля А. В.

Наноструктурные материалы. Уч. пособие. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 117 с.5. Palumbo G., Erb U., Aust K. Triple line disclination effect on the mechanicalbehavior of materials // Scripta Metallurgica et Materialia. – 1990. – Vol. 24. –P. 1347-1350.6. Gleiter H. Nanostructured materials: state of the art and perspectives. //Zeitschrift für Metallkunde. – 1995. – Vol. 86. – P.

78-83.7. Валиев Р. З., Александров И. В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. – М.: Логос, 2000. – 272 с.8. Zhou Y., Erb U., Aust K.T., Palumbo G. The effects of triple junctions andgrain boundaries on hardness and Yungs modulus in nanostructured Ni-P //Scripta Mater. – 2003. – Vol. 48. – P.

825-838.9. Nanocrystalline materials: a way to solids with tunable electronic structureand properties? / Gleiter H., Weissmuller J., Wollersheim O. et al. // Acta Materialia. – 2001. – Vol. 48. – P. 737-745.10. Zhang S., Sun D., Fu Y., Du H. Recent advances of superhardnanocomposite coatings: a review // Surf.

Coat. Tech. – 2003. – 167. – P. 113119.11. Лякишев Н. П., Алымов М. И. Наноматериалы конструкционного назначения // Российские нанотехнологии. – 2006. – Т. 1, № 1-2. – С. 71-81.12. Рагуля А. В., Скороход В. В. Консолидированные наноструктурныематериалы. – К: Наукова думка, 2007. – 374 с.13. Андриевский Р. А. Наноматериалы: концепция и современные проблемы // Российский химический журнал.

– 2002. – Т. 46, № 5. – С. 50-56.14. Андриевский Р. А., Глезер А. М. Размерные эффекты в нанокристаллических материалах. ІІ. Механические и физические свойства // Физикаметаллов и металловедение. – 1999. – Т. 88, № 1. – С. 50-73.15. Electrical resistivity as characterization tool for nanocrystalline metals /McGrea J. I., Aust K. T., Palumbo G. et al. // Nanophase and NanocompositeMaterials III / Еds S. Komarneni, J. C. Parker, H. Hahn. – Warrendale MaterialsResearch Society. – 2000. – P. 461-466.16. Троицкий В. Н., Домашнев И.

А., Куркин Е. Н. и др. Плазмохимический синтез и свойства ультрадисперсного NbN // Химия высоких энергий. – 1994. – Т. 28. – С. 275-279.17. Золотухин И. В., Калинин Ю. В., Стогний О. В. Новые направленияфизического материаловедения. – Воронеж: ВГУ, 2000. – 360 с.18. Newnham R. Size effect and nonlinear phenomena in ferroic ceramics //Third Euro-Ceramics / Eds P. Duran, J. Fernandes.

– Faenza Editrice Iberica. –1993. – Vol. 2. – P. 1-9.19. Зернограничная диффузия и свойства наноструктурных материалов /Колобов Ю. Р., Валиев Р. З. и др. – Новосибирск: Наука, 2001. – 232 с.31РАЗДЕЛ 2НАНОПОРИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫФормально нанопористые материалы можно рассматривать как нанокомпозитные, в которых поры играют роль второй фазы, случайно или закономерно распределенной в матрице (рис. 2.1).

Однако есть несколько физических причин для того, чтобы их выделить в отдельный класс материалов.НанопористыематериалыУпорядоченныеНеупорядоченныеС несквознымиполостямиСо сквознымиполостямиРис. 2.1. Основные типы нанопористых материалов [3]Учитывая многообразие существующих нанопористых систем приотсутствии универсальных критериев их описания, обстоятельное рассмотрение генезиса, поведения и влияния пор на свойства твердых тел,целесообразнее начать с определения понятий свободного объема и собственно пористости, так как каждое из этих понятий не всегда однозначно.Свободный объем.

Определим свободный объем Vсв в твердом телекак не заполненное атомами пространство с электронной плотностью,близкой к нулевой. Характер распределения свободного объема обусловлен степенью пространственной однородности упаковки атомов и можетбыть установлен путем анализа функций распределения электроннойплотности. При этом важна конкретизация понятия свободного объема сучетом способа его определения. Так, геометрический свободный объемVг определяемый следующей формулой:Vг = V − Σω ,(2.1)где ∑ω – суммарный собственный объем атомов, характеризует объем, занимаемый в твердом теле фазой «пустоты».

В этом случае пору можнорассматривать как локальное выделение свободного объема, обладающееопределенными формой, местом локализации и размерами, существенно32превышающими межатомные расстояния вещества матрицы. Тогда отношение суммарного объема V – VK, занимаемого в теле фазой «пустоты», кполному объему тела характеризует объемную долю (в процентном выражении – объемную концентрацию) пор, или пористость С тела.