Автореферат докторской диссертации (1097965)
Текст из файла
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.В.ЛОМОНОСОВА»ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиКокшаров Юрий АлексеевичЭЛЕКТРОННЫЙ МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНСВ НЕОДНОРОДНЫХ СИСТЕМАХ ПОНИЖЕННОЙ РАЗМЕРНОСТИСпециальность 01.04.11 – физика магнитных явленийАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание степенидоктора физико-математических наукМосква 2013Работа выполнена на кафедре общей физики физического факультета Федеральногогосударственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессиональногообразования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова»Официальные оппоненты:Перов Николай Сергеевичдоктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией исследованиямагнитных свойств кафедры магнетизма физического факультета МГУ, Федеральноегосударственноебюджетное образовательноеучреждениевысшегопрофессиональногообразования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова»Рууге Энно Куставичдоктор физико-математических наук, профессор, руководитель группы физико-химическихметодов исследований, Федеральное государственное бюджетное учреждение «Российскийкардиологическийнаучно-производственныйкомплекс»МинистерстваздравоохраненияРоссийской федерацииЯкубовский Андрей Юрьевичдоктор физико-математических наук, начальник лаборатории физических свойств материалов,Федеральное Государственное учреждение «Российский научный центр «Курчатовскийинститут»Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение наукиИнститут химической физики им.
Н.Н. Семенова Российской академии наукЗащита состоится «___» _______________ 2013 г. в ___ часов на заседании диссертационногосовета Д.501.001.70 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносовапо адресу 119991, ГСП-1, г. Москва, Ленинские Горы, д. 1, стр. 35, МГУ имениМ.В.Ломоносова, ЦКП физического факультета, конференц-зал.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. А.М.Горького, МГУ имениМ.В. Ломоносова (Ломоносовский проспект, д.27, Фундаментальная библиотека МГУ)Автореферат разослан «____»_______________________2013 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д.501.001.70доктор физико-математических наук, профессор2Г.С.
ПлотниковОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы:Физика систем c пониженной размерностью одна из наиболее бурно развивающихсяобластей современной науки, дающая ключ к пониманию свойств многих новых перспективныхматериалов. Особый интерес исследователей в последние годы вызывают низкоразмерныесистемы с приставкой «нано» (т.н. нанообъекты) и материалы на их основе, в частности,имеющие в своём составе двумерные (сверхтонкие пленки и монослои), одномерные(нанотрубки, наностержни) и «нульмерные» (наночастицы, «квантовые точки») нанообъекты.Благодаря своим уникальным свойствам, эти материалы уже сейчас используются в различныхмедицинских, биологических, химических технологиях, при производстве компонентовэлектронной техники и т.д.
(С.П.Губин и др. // Успехи химии. 2005. Т.74. С.539-574).Свойства нанообъектов могут существенно отличаться от свойств объёмных материаловтакого же химического состава. Существует несколько, во многом связанных, причин такогоотличия, в частности, квантово-размерные эффекты, существенная (иногда доминирующая)роль поверхности, модифицированная кристаллическая структура и морфология и т.д.
По темже причинам в нанообъектах существенно большее значение по сравнению с объёмнымиматериалами имеют различного рода дефекты, как точечные, так и протяжённые. Если основойдля понимания физики макроскопических кристаллических тел является их идеальнаяструктура, а влияние дефектов, как правило, рассматривается как возмущение, то анализсвойств нанообъектов часто требует учёта дефектов уже в первом приближении. Многие изтаких дефектов (при условии их магнитной природы) могут быть успешно выявлены и изученыс помощью спектроскопии электронного магнитного резонанса (ЭМР). Отметим, что посколькув диссертации изучаются как парамагнитные резонансные центры, так и ферромагнитные, в нейв основном используется термин ЭМР как более общий по сравнению с терминамиэлектронный парамагнитный резонанс (ЭПР), ферромагнитный резонанс (ФМР) и др.Хотя за долгие годы развития традиционных технологий в материаловеденииразработаны различные способы удаления посторонних фаз и уменьшения числа дефектов, длянанообъектов эти способы часто непригодны.
Например, высокотемпературный отжиг,используемый для повышения степени кристалличности сплавов, неприменим к наночастицамв полимерных матрицах. Кроме того, в тех случаях, когда дополнительной обработкой всё жеудаётся улучшить структуру наночастиц, она может деградировать с течением времени из-заактивного взаимодействия поверхности частицы с внешней средой.Неоднородность, присущая большинству наноматериалов, может проявляться на разныхуровняхихорганизации.Например,для3нанодисперсий,представляющихсобойдисперсионную однородную среду (матрицу), в которой распределены изолированные друг отдруга нанообъекты, неоднородность проявляется как на уровне отдельных нанообъектов, так ина уровне их пространственного расположения внутри матрицы.
Неоднородность на уровненанообъектов обусловлена, прежде всего, неодинаковостью их размеров, формы, степеникристалличности и однородности химического состава, что приводит к разбросу ихиндивидуальных физических характеристик. Отметим, что нанообъекты, как правило, имеютсложную внутреннюю морфологию. Например, наночастицы в первом приближении частомогут быть охарактеризованы моделью «ядро-оболочка» с существенно различнымисвойствами «ядра» и «оболочки». Неоднородность на уровне пространственной организациинанообъектов может быть обусловлена их нерегулярным расположением внутри матрицы,следствием чего является различное локальное окружение (ближний порядок) отдельныхнанообъектов, приводящее, в том числе, к неоднородному уширению спектров ЭМР.На магнитные свойства наноматериалов существенно влияют взаимодействия междуобразующими их нанообъектами.
Многие современные магнитные наноматериалы (например,магнитные жидкости) можно отнести к типу нанодисперсий. В нанодисперсиях взаимодействиемежду отдельными магнитными нанообъектами, при отсутствии непосредственного контактамежду ними, имеет дипольный характер. Магнитные дипольные взаимодействия могутоказывать существенное влияние на ширину, резонансное поле и другие характеристикиспектров ЭМР. Поэтому экспериментальное изучение методом ЭМР и компьютерноемоделирование систем с магнитными дипольными взаимодействиями может дать важнуюинформацию о свойствах магнитных нанодисперсных материалов.К системам пониженной размерности, кроме наноматериалов, относятся также объёмныекристаллические материалы с существенно анизотропными магнитными взаимодействиями. Кним принадлежат многие соединения с перовскитоподобной структурой, для которыххарактерно квазидвумерное (сильное в выделенных плоскостях и слабое между плоскостями)обменное взаимодействие.
Например, манганиты, проявляющие эффект колоссальногомагнитосопротивления (КМС), а также высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП)относят к классу квазидвумерных магнетиков. Неоднородность внутренней структуры ВТСП иманганитов с КМС обусловлена, в частности, нестехиометрией по кислороду и переменнойвалентностью ионов Cu и Mn, соответственно. Неоднородность такого рода и обуславливает,по-видимому, необычные свойства этих систем. Применение метода ЭМР к манганитам, ВТСПи родственным низкоразмерным соединениям может дать полезные сведения об особенностяхспин-фононного взаимодействия (в частности, эффекте Яна-Теллера) в этих системах и степениего влияния на магнитные свойства.4Многие сопряжённые полимеры (СОП) также могут быть отнесены к системам спониженной размерностью. Среди них большой практический интерес представляютполимеры, содержащие циклические макромолекулы – макроциклы.
Их пониженнаяразмерность обусловлена как плоской формой самих макроциклов, так и способом ихпространственной упаковки. СОП перспективны для разнообразных технических применений(фото- и светодиоды, сенсоры и др.), так как обладают интересными электрическими,оптическими и магнитными свойствами. К СОП с пониженной размерностью относятсяполимеры на основе фталоцианинов; в настоящее время они изучены хуже других видов СОПввиду трудностей синтеза и получения однородных образцов, а также низкой степеникристалличности.
Поэтому чувствительность к локальным свойствам материалов, которойобладает спектроскопия ЭМР, представляется очень полезным свойством при исследованииолигофталоцианинов (ОФЦ) и низкомолекулярных полифталоцианинов (ПФЦ).Наличие различных видов неоднородности, являющееся неотъемлемым признакоммногихсистемпониженнойразмерности,обуславливаетспецифическиеособенностиприменения для них метода ЭМР, в частности, требует умения выделять заранее неизвестныесигналы отдельных компонент из суммарного, как правило, плохо разрешённого спектра.
Это, всвою очередь, требует разработки новых и развитию существующих методов компьютерногоанализа спектров на основе экспериментальных данных по широкому кругу различных типовтаких систем.Основная цель диссертационной работы установление особенностей взаимосвязиразличных типов неоднородности и магниторезонансных свойств в системах пониженнойразмерности на основе исследования наночастиц, низкомолекулярных сопряженных полимерови квазидвумерных кристаллических систем с помощью спектроскопии электронногомагнитного резонанса.Степень разработанности темы диссертации определяется включением в неё следующихконкретных направлений исследования:1) Применение метода ЭМР к исследованию гомо- и гетерометаллических наночастиц,полученных из химических соединений путем направленного изменения их состава споследующей остановкой роста новой фазы на стадии наноразмеров, и диспергированных вразличныхматрицахилистабилизированныхнамикрогранулах.Былиизученыгомометаллические наночастицы на основе железа (-Fe, Fe3O4, -Fe2O3, -FeOOH, BaFe2 O4,BaFe12O19), кобальта (-Co, CoO, Co3O4), никеля, молибдена, рения, меди, палладия, золота, атакже гетерометаллические наночастицы Fe-Mn, Fe-Co-B, Pt-Fe.
В качестве твёрдых матрициспользовалисьполимеры(полиэтилен,политетрафторэтилен,силоксановыекаучуки),кристаллические матрицы опалового типа, в качестве жидких матриц вода и жидкие5углеводороды.В качестве стабилизирующих поверхностей применялиськварцевыеалмазныеимикрогранулы,кремниевыеподложки,тефлоновые,полиэлектролитныемикрокапсулы и плёнки. Кроме искусственно синтезированных наночастиц, в работеисследовались также наночастицы в природных объектах, такие как наночастицы оксидовжелеза в нефти и в продуктах бактериального синтеза.2) Усовершенствование существующих и разработка новых методик для анализа плохоразрешённых спектров ЭМР неоднородных систем, а также компьютерного программногообеспечения для их реализации.3) Выяснение возможности проявления размерных магнитных и магниторезонансных эффектоввклассесоединений,La0.8Sr0.2MnO3,демонстрирующихполученныхметодомКМС,напримеренизкотемпературногонаночастицсинтезаcманганитапоследующиммеханическим размалыванием в шаровой мельнице.4) Изучение методом ЭМР квазидвумерных кристаллических систем: браунмиллеритаSr2GaMnO5, а также высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) RBa2Cu3O7, La-Sr-Cu-O,и родственных ВТСП низкоразмерных соединений.5)ИсследованиеспомощьюспектроскопииЭМРбезметаллическихОФЦинизкомолекулярных ПФЦ для выяснения влияния средней молекулярной массы макромолекули условий синтеза на магниторезонансные свойства сопряжённых электропроводящихполимеров, содержащих азапорфиновые макроциклы.6) Исследование методом ЭМР тонкоплёночных материалов, содержащих наночастицымагнетита, стабилизированные на поверхности полиэлектролитов или на молекулах ДНК.7) Компьютерное моделирование магнитных и магниторезонансных эффектов, обусловленныхдипольными взаимодействиями, в нанодисперсных системах с магнитными наночастицами.Достоверностьобеспеченаполученныхиспользованиемрезультатов.оборудованияДостоверностьизвестныхнаучныхрезультатовработыпроизводителейиапробированных экспериментальных методик получения и обработки результатов, ихвоспроизводимостью, а также совпадением результатов экспериментов с опубликованными влитературе на родственных соединениях.Научная новизна.1.
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}
