Азаренков Н.А. - Наноматериалы (1051240), страница 16
Текст из файла (страница 16)
В полимерных композитных материалах наночастицы ферромагнитного материала являются ферромагнитными монодоменами, изолированными в матрице немагнитного полимерного материа74ла. Такие пленки с высоким содержанием наночастиц открывают новыеперспективы для создания магнитных систем с высокой плотностью записи и хранения информации. Так, к примеру, в работе [15] описано влияниемагнитного поля на проводимость полученных пленок с частично окисленными наночастицами железа, содержащими железное ядро, окруженное оболочкой оксидов железа.В исследованном интервале U (от 0 до 50 В) изменение проводимости под действием магнитного поля очень мало на границах интервала идостигает максимального значения 34 % при U около 30 В.
После выключения магнитного поля проводимость пленки быстро возвращается к исходному значению, так что эффект магнитного поля является обратимым.После полного окисления наночастиц эффект отрицательного магнитногосопротивления пленки исчезает. Это, по-видимому, обусловлено особенностями переноса электронов в магнитном поле.Если, к примеру, взять двухфазную систему, состоящую из металлических наноразмерных частиц в непроводящей матрице, то свойства такойсистемы будет зависеть от объемной концентрации металлической фазыМ.
При М > Мс ≈ 0,5 в нанокомпозите. При этом мы имеем распространяющийся на весь образец перколяционный металлический кластер – разветвленная «сетка», состоящая из контактирующих друг с другом металлических частиц. Проводимость такой системы носит металлический характер. При малой доле металлической фазы (М < Мc) проводимость осуществляется путем туннелирования носителей заряда между отдельнымичастицами (гранулами) нанокомпозита.Интересны свойства нанокомпозитов с гранулами из ферромагнитного металла.
При М > Мс образец содержит «бесконечный» ферромагнитный кластер и его магнитные свойства близки к свойствам объемногометалла с четко выраженной температурой Кюри. При достаточно маломразмере гранул (не более ~ 10 – 100 нм в зависимости от их материала)они являются однодоменными, а направление их магнитного момента определяется «игрой» между ориентирующим действием внешнего магнитного поля и стабилизирующим действием магнитной анизотропии – кристаллической или геометрической.Вероятность межгранульных туннельных переходов зависит от взаимной ориентации магнитных моментов гранул, которой можно управлятьс помощью внешнего магнитного поля. Это приводит к эффекту так называемого «гигантского» магнитосопротивления, заключающегося в оченьбольшом (по сравнению с обычными металлами) относительном изменении сопротивления таких нанокомпозитов в магнитном поле, достигающем нескольких десятков процентов.
С помощью температуры или магнитного поля можно эффективно (т.е. существенно и обратимо) изменятьразличные свойства нанокомпозитов, что, в принципе, открывает возможности их практического применения. Так, к примеру, в [20] сообщалось о75разработке нового типа нанокомпозитного материала, который представляет собой тонкодисперсный металлический порошок в связующем материале типа непроводящего эластомера. При этом указывается, что проводимость такого материала меняется на несколько порядков при различныхдеформациях (сжатии, кручении или растяжении).
Это явление, связанноес физической природой туннельной проводимости нанокомпозитов иимеющее очень серьезные перспективы практического применения.Особый интерес представляет получение материалов с распределенными в неорганической матрице наночастицами или кластерами металлов,что связано не только с использованием их в катализе и электротехнике,но и с разработкой «стелс-технологий».Контрольные вопросы1.
Что такое нанoкомпозиционный материал?2. В чем заключается отличие металлического нанокомпозита от полимерного?3. Какие существуют типы накомпозитов?4. Как изменяются магнитные свойства полимерных композитов?5. Приведите примеры формирования металлополимерных нанокомпозитов.Литература к разделу 51. Veprek S., Argon A. S. Towards the understanding of the mechanical properties of super- and ultrahard nanocomposites // J. Vac. Sci.
and Technol. – 2002.– Vol. 20, No. 2. – P. 650-664.2. Niihara K., Nakahira A., Sekino T. Nanophase and Nanocomposite Materials// Mater. Res. Soc. Symp. Vol. 286. / Ed. By S. Komareneni, J. C. Parker,G. J. Thomas. – Pittsburgh. – 1993. – P. 405-411.3. Рагуля А. В., Скороход В. В. Консолидированные наноструктурные материалы. – К.: Наукова думка, 2007. – 374 с.4. Kelly P., Akelah F., Moet A. Reduction of residual stress in montmorillioniteepoxy compounds // J.
Mat. Sci. – 1994. – Vol. 28. – P. 2274-2280.5. Чвалун С. Н. Полимерные нанокомпозиты // Природа. – 2002. – № 7. – С. 212.6. Kuntz J. D., Zhan G.-D., Mukherjee A. K. Nanocrystalline – matrix ceramiccomposites for improved fracture toughness // MRS Bulletin. – 2004. – No. 1. –Р. 22-27.7. Wilson J. L. et al. Synthesis and Magnetic Properties of Polymer Nanocomposites with Emedded Iron Nanoperticles // Journal of Applied Physics. – 2004.– Vol. 95(3). – P. 1439-1443.8. Долгошей В.
Б. Теплофізичні властивості наноструктурованих полімерів: Автореферат дис. ... канд. фіз.-мат. наук. – К.: Інститут хімії висо76комолекулярних сполук НАН України. – 2002. – 18 c.9. Tuominen M. et al. Functional Nanostructures Based On Polymeric Templates// NSF Partnership in Nanotechnology Conference.
– 2001. – Jan. – P. 29-30.10. Strikanth H. et al. Magnetic studes of polymer- cjfted Fe nanoparticles synthesized by microwave plasma polymerization // Applied Physics Letters. –2001. – Vol. 79, № 21. – P. 45-51.11. Biswas A. et al. Сontrolled Generation of Ni Nanoparticles in the Cappinglayers of Teflon AF by Vapour – Phase tandem Evaporation // Nano Letters. –2003.
– Vol. 3, No. 1. – P. 69-73.12. Gerasimov G. N., Sochilin V. A., Chvalun S. N. et al. Cryochemical synthess and structure of metalcomtaining polypcylylencs: system poly(chloropxylylene) Ag // Macromol Chem. Phys. – 1996. – Vol. 197. – P. 13871393.13. Помогайло А. Д. Металлополимерные нанокомпозиты с контролируемой молекулярной архитектурой // Российский химический журнал. –2002. – Т. XLМI.
– № 5. – С. 64-73.14. Сергеев Г. Б. Размерные эффекты в нанохимии // Российский химический журнал. – 2002. – Т. XLVI. – № 5. – С. 22-29.15. Ковальчук М. В. Органические наноматериалы, наноструктуры и нанодиагностика // Вестник Российской академии наук. – 2003. – Т. 73. – № 5. –С. 405-409.16.
Трахтенберг Л. И. и др. Нанокомпозитные металополимерные пленки,сенсорные, каталитические и электрофизические свойства // Вестник Московского университета. Серия химия. – 2001. – Т. 42. – № 5. – С. 325-331.17. Garsia M., Zhao Y. -W. Magnetoresistance in excess of 200 % in BallisticNi Nanocontacts at Room Temperature and 1000e // Phys. Rev.
Lett. – 1999. –Vol. 82 (14). – P. 2923-2926.18. Андриевский Р. А. Наноматериалы: концепция и современные проблемы // Рос. хим. журнал. – 2002. – Т. XLVI, № 5. – С. 50-56.19. Дементьева О. В. и др. Новый подход к исследованию поверхностныхслоев стеклообразных полимеров // Бутлеровские сообщения. – 2001. –№ 4.
– С. 1–5.20. Лагутин А. С., Ожегин В. И. Сильные импульсные магнитные поля вфизическом эксперименте. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 192 с.21. Tarasov K. A., Isupov V. P., Bokhonov B. B. еt al. Formation of nanosizedmetal particles of cobalt, nickel and copper in the matrix of layered double hydroxide // Journal of Matherial Sinthesis and Processing. – 2000. – Vol. 8,No. 1 – Р. 21-27.77РАЗДЕЛ 6МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОМАТЕРИАЛОВПо технологии методы получения наноматериалов могут быть разделены на четыре группы: методы порошковой металлургии, методы контролируемой кристаллизации из аморфного состояния, методы интенсивной пластической деформации и тонкопленочные технологии.Основные методы получения и особенности наноструктур приведены в таблице 6.1 [1 – 7].Таблица 6.1Основные методы получения наноматериалови особенности их структурыТехнологияПорошковаяметаллургияКонтролируемаякристаллизацияиз аморфногосостоянияИнтенсивнаяпластическаядеформацияТонкопленочнаятехнологияСпособыГазофазноеосаждениеи компактирование.Прессованиеи спекания.
Горячеепрессование, ковка,экструзияКристаллизацияаморфных сплавов.Консолидацияаморфныхпорошковс последующейкристаллизациейРавноканальноеугловое прессование.Деформациякручением привысоких давлениях.Всесторонняя ковка.Фазовый наклеп иизмельчение зернаЭлектролитическоеосаждение.Химическоеосаждение из газовойфазы. Физическоеосаждение изгазовой фазы.Золь-гель технология78МатериалыОсобенностиструктурыМеталлическиематериалы,керамика,композиционныематериалы,полимерыПористость.НеравновесныеграницыАморфизующиесяметаллическиематериалыСубнанопористостьи призматическиедислокационныепетлиМеталлы, сплавыВнутренниенапряжения.Неравновесныеграницы и стыкизеренМеталлическиематериалы,керамика,композиционныематериалы2-D размерность.Столбчатые зерна.Пористость6.1.
Порошковая металлургия получения наноматериаловДанную технологию получения наноматериалов можно условноподразделить на две группы – методы получения нанопорошков и методыкомпактирования из них материалов. Ряд методов, в зависимости от ихвариантов, могут использоваться для получения нанопорошков и дляформования объемных изделий.
Можно выделить ряд особенностей, характерных для всех методов получения нанопорошков и отличающих ихот методов получения обычных порошков:– высокая скорость образования центров зарождения частиц;– малая скорость роста частиц;– наибольший размер получаемых частиц не превышает 100 нм;– узкий диапазон распределения частиц по размерам, стабильность получения частиц заданного размерного диапазона;– воспроизводимость химического и фазового состава частиц;– повышенные требования к контролю и управлению параметрами процесса получения.Общей особенностью наночастиц порошков, полученных любым методом, является их склонность к объединению в агрегаты и агломераты. Врезультате необходимо учитывать не только размеры отдельных наночастиц, но и размеры их объединений. Четкого терминологического различия меду агрегатами и агломератами провести нельзя, однако считается,что в агрегатах связь между кристаллитами прочнее, а межкристаллитнаяпористость меньше.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
