Диссертация (1097714)
Текст из файла
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В.ЛОМОНОСОВА»ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиУДК 539.172.3:539.2Киселева Татьяна ЮрьевнаМЕССБАУЭРОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ НАНОКОМПОЗИТОВСпециальность: 01.04.07 – физика конденсированного состоянияДиссертации на соискание ученой степенидоктора физико-математических наукМосква 2016ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………… 4ГЛАВА 1НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИЕФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ………………………………………...15§1.1.
Функциональные материалы, композиты и нанокомпозиты.15Основные определения и классификация………………………§1.2. Размерные эффекты, технологически важные для направленногосинтеза композитных материалов………………………………… 19§1.3.Структураинтерфейсныхобластейимежфазныевзаимодействия …………………………………………………… 25§1.4. Типы, структура и свойства железосодержащих наноструктур,применяемых в качестве составляющих элементовнанокомпозитов…………………………………………………….28§1.5. Композитные материалы, содержащие частицы железа и его33соединений………………………………………………………….Краткие выводы по главе ………………………………………………..
36ГЛАВА 2МЕССБАУЭРОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ В ИССЛЕДОВАНИЯХЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ НАНОСТРУКТУРНЫХ МАТЕРИАЛОВ……….37§2.1.Сверхтонкие параметры мессбауэровских спектров и влияниеразмерного фактора…………………………………………………39§2.2. Основные типы структурных состояний и фазовый анализ вомногокомпонентных системах……………………………………..§2.3. Роль априорной информации в разработке модели спектра4445§2.4.
Модельная расшифровка спектров……………………………….46§2.5. Восстановление функций распределения параметров спектров..47§2.6. Неэквивалентные положения атомов в решетке и анализконцентраций твердых растворов………………………………...48§2.7. Структура аморфных металлических систем и модельнаярасшифровка спектра аморфного состояния…………………….52§2.8.
Мессбауэровская спектроскопия in situ для исследованияструктурных превращений в неравновесных металлическихсистемах…………………………………………………………………..54§2.9. Мессбауэровская спектроскопия нанокристаллических1ГЛАВА 3ГЛАВА 4материалов………………………………………………………………..58§2.10.
Мессбауэровские спектры консолидированныхмногокомпонентных наноструктурных композитных материалов…..61§2.11. Мессбауэровские спектры малых частиц и их ансамблей…….62§2.12. Мессбауэровская спектроскопия с регистрациейконверсионных электронов и рентгеновского излучения…………….65§2.13. Структура и мессбауэровские параметры функциональноважных соединений железа……………………………………………..66§2.14. Возможности мессбауэровской спектроскопии приисследовании железосодержащих многофазных,многокомпонентных и наноструктурныхсистем……………………………………………………………………..74Краткие выводы по главе………………………………………………...77ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ТЕХНИКА МЕССБАУЭРОВСКИХИЗМЕРЕНИЙ И ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯАПРИОРНОЙ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ И СВОЙСТВАХКОМПОЗИТНЫХ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ……..78§3.1.
Исследуемые образцы……………………………………………...78§3.2. Комплекс оборудования для мессбауэровских исследований ….78§3.3. Дополняющие методы исследования структуры и еевизуализации……………………………………………………………..§3.4. Методы исследования физических свойств……………………..7980МЕССБАУЭРОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯНАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР, ФОРМИРУЮЩИХСЯПРИ ИНТЕНСИВНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ…………..82§4.1. Выявление размерных эффектов и эффектов анизотропии вкомпактированныхчастицахнанокристаллическогожелеза,полученных в результате механической активации в различныхатмосферах………………………………………………………………84§4.2.Влияние зернограничной области на сплавление внесмешиваемой системе при интенсивной механической активации.96§4.3.Нанокомпозиты металл/оксид/интерметаллид, полученныемеханохимическим взаимодействием оксида железа с металлами…1262ГЛАВА 5§4.4.Выявление влияния эффектов аморфизации на кинетикумеханохимического взаимодействия………………………………….164Краткие итоги…………………………………………………………….168МЕССБАУЭРОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ В ТЕХНОЛОГИИСИНТЕЗАФУНКЦИОНАЛЬНЫХМАТЕРИАЛОВСИСПОЛЬЗОВАНИЕМЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХМЕХАНОСИНТЕЗИРОВАННЫХ НАНОСТРУКТУР………………170§5.1.Мессбауэровскаяспектроскопиявисследованиинанокомпозитов интерметаллид/оксид, полученных методомсамораспространяющегося синтеза на механоактивированныхпрекурсорах …………………………………………………………….172§5.2.Локальная структура и сверхтонкие взаимодействия примеханохимическом синтезе нанокомпозитов интерметаллид/оксид181§5.3.Мессбауэровская спектроскопия в технологии функциональныхметалло-полимерных композитов……………………………………..207Краткие итоги…………………………………………………………..218ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ……………………………221СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………….224СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ…………….257СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ…………………………………………….2693ВВЕДЕНИЕВ настоящей работе представлены результаты исследований, выполненных автором накафедре физики твердого тела физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова впериод с 2000 по 2015 г.Актуальность работы.
Прогресс современной промышленностиобусловлендостижениямивразработкеновыхперспективныхво многомфункциональныхматериалов с размерами функциональных элементов нанометрового диапазона. К такимматериаламотносятпорошковыенанокомпозиты,которыеприменяюткаксамостоятельный материал, так и как прекурсоры или составляющие элементы дляпридания материалам необходимых физико-химических свойств.Функциональностьматериала определяется тем, что хотя бы одна его характеристика может быть описаназаданной,однозначной и стабильной во времени функцией параметров внешнеговоздействия в определенном интервале их значений.
Этого можно достичь при помощинаправленного синтеза наноструктуры с заданной анизотропией одного или несколькихфизико-химических параметров. Масштаб изменения параметра должен быть соизмеримс масштабом воздействия. Все этоидетпо путисозданиятакназываемыхинтеллектуальных материалов, обладающих целым набором функционально зависимыххарактеристик.Разработкановыхфункциональныхматериаловвомногомопределяетсярезультатами фундаментальных исследований закономерностей формирования ихструктурыиприродыфизико-химическихпроцессов,протекающихкакнатехнологических этапах их создания, так и в реальных условиях их последующейэксплуатации. Резкий прорыв в развитии нанотехнологий, осуществленный учеными запоследние несколько лет, и выделение нанотехнологии как самостоятельной научнойдисциплины, был невозможен без разработки специальных физических аналитическихметодов и подходов к исследованию взаимосвязи структуры и свойств особого состояниявещества с направленным наноструктурированием.
Существенные качественные сдвиги вматериаловедении таких материалов уже нашли отражение в создании интеллектуальныхустройств на основе нанометровых элементов и в появлении новых классов материаловдля них.Одним из основополагающих элементов в жизнедеятельности человека являетсяжелезо.
Поэтому,неудивительно, что сформировались целые научно-технические4направления, включившие в себя разработку технологий получения железосодержащихнаноразмерныхматериалов(наночастиц,нанокомпозитов,нанокатализаторов,наноструктурированных пленочных и объемных материалов), с высокими механическими,магнитными,электрическими,каталитическимиидругимифункциональнымисвойствами.
Они находят широчайшее применение как в металлургической, химической,электронной, авиационной промышленностях, так и в сферах биотехнологий, экологии имедицины, системах жизнеобеспечения.Дляполученияжелезосодержащихнаноразмерныхструктуриструктурныхэлементов функциональных материалов активно используют неравновесные методысинтеза (распыление и закалку из расплава, механоактивацию и механосинтез, химикометаллургические методы диспергирования и др.), которые сочетают с возможностямитрадиционных методов получения материалов, таких как химическая модификацияповерхности, механическая и термическая обработка, радиационное воздействие. Все этиметоды имеют перспективы совершенствования на пути создания функциональныхнаноматериалов.В настоящее время существует целый спектр структурных методов, которыепозволяют исследовать дисперсные системы на атомно-молекулярном уровне.
Однако,при переходе к наношкале каждый из методов имеет ограничения. Серьезные трудностивозникают при изучении особенностей структуры и электронного строения составляющихсистему наночастиц, при установлении связи между их структурой и реакционнойспособностью, а также при исследовании поведения системы как целого. Потребность виспользованиивозможностейвысокочувствительныхнеразрушающихметодовисследования структуры и свойств веществ по-прежнему крайне высока.
Метод ядернойгамма-резонанснойспектроскопии(мессбауэровскойспектроскопии)ввидусвоейисключительной разрешающей способности (∼ 10−8 эВ), высокой информативностиобеспечивает получение как качественной, так и количественной информации олокальномфазовомсоставе,размерныхэффектах,сверхтонкихмагнитныхимежчастичных взаимодействиях, химическом состоянии атомов.
Данный метод обладаетхарактеристическими временами измерения, лежащими в интервале (10-9–10-7с), чтопозволяет получать дополнительную информацию о динамике ядер. Однако, т.к методпозволяет получать в основном локальные характеристики атомов железа и ихближайшего окружения, его можно успешно использовать и получать уникальнуюинформацию только при совмещении с макрохарактеристиками, полученными другими5структурнымиметодами.Систематическийанализрезультатовмессбауэровскихисследований железосодержащих композитов возможен исключительно в рамкахкомплексного подхода, с согласованным использованием возможностей различныхдополняющих методов (таких как рентгеновская дифракция, электронная микроскопия,оптическаяисовременныемолекулярнаяспектроскопия,инструментальныемагнитныевозможностидляметоды).Разработанныеиспользованияпринциповклассической мессбауэровской спектроскопии, реализованной в различных геометриях оттрадиционного варианта резонансного поглощения и рассеяния, до измерений вторичныхпроцессов, а также температурные измерения «in situ», позволяют с высокойдостоверностью устанавливать корреляции между, составом, структурой, размером исвойствами функциональных составляющих материала.Разнообразие объектов, охарактеризованных в настоящей работе, позволяет вдостаточно общем виде провести анализ применимости методики МС к исследованиюширокогокругаматериалов.Многофазныежелезосодержащиенаночастицы,многокомпонентные системы, включающие металл\оксидные порошковые композиты,нанокристаллические металлические и металло-полимерные пленки,представляютпример структурно-неоднородных нанокристаллических материалов, структура и размерструктурообразующих компонент определяет их функциональные свойства.Значительная часть работы посвящена анализу и развитию методических аспектовспектроскопических мессбауэровскихисследований нанокомпозитныхсистем какколичественного и качественного фазового анализа, так и для исследования локальныхсверхтонких взаимодействий, обусловленных магнитным, структурным и размернымсостоянием наноструктурного материала.Получение температурных зависимостеймессбауэровских спектров дало возможность выявлять количественно фазовый состав иуточнять размерные характеристики функционально образующих элементов, полученныеметодом высокоразрешающей электронной микроскопии, а при совмещении с методамитермоанализа оценить их реакционную способность и стабильность.Продемонстрировано, что регистрация и анализ тонкой структурыспектровпозволяют решать нестандартные задачи исследования свойств дисперсных магнетиков,идентифицироватьпространственноразделенныеобластиразличногомагнитногопорядка, исследовать сверхмалые концентрации железосодержащей фазы и магнитнуюфазовую неоднородность.
Все это позволилопоказать в работе эффективность6мессбауэровских исследований для применения при разработке новых технологическихоснов синтеза новых материалов.Целью диссертационной работы являлось установление факторов, влияющих наформированиекомпозитныхфункциональныхжелезосодержащихматериаловвсовременных технологиях их получения.Для достижения заявленной цели были поставлены и решались следующие.конкретные задачи:Установление1.многокомпонентных,спецификимногофазныхнаноструктурные элементыимессбауэровскихполидисперсныхисследованийсистем,включающихи определение алгоритмов и подходовполучениямессбауэровских спектров этих объектов.Выявление2.закономерностейформированиявпроцессесинтезапромежуточных состояний: влияние размерных эффектов на межфазные взаимодействия,формирование метастабильных межзеренных локальных областей с разным структурными магнитным порядком.Выявление3.взаимосвязитермодинамическиххарактеристикчастиц,взаимодействующих в процессе синтеза, с формирующейся структурой композитногонаноматериала.Определение основополагающих принципов интерпретации полученных4.мессбауэровских спектров и их аналитической обработки (выбор структурной модели).Изучение методом мессбауэровской спектроскопии стадий формирования5.композитной структуры от прекурсора до реализации функционального материалаСистематическое исследование методом мессбауэровской спектроскопии6.механизмовтвердофазныхреакцийивозможностиспособностью и физическими свойствамирегулированияреакционнойнанокристаллического состояния частицжелеза, его сплавов, соединений и композитных систем, полученныхметодоммеханохимического синтеза.Для решения каждой из этих задач обоснованно был выбран ряд репрезентативныхмодельных железосодержащих систем для мессбауэровского исследования, включающих:Fe:Х (Х:H2,Ar2,); Fe:Me (Me: Al,Ga,In); Fe:MexOy (Me:Fe,Al,Zr);7.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
