Автореферат (1145402), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Вульфа и В.Л. Брэгга [6, 7]. Малоугловая дифракциясинхротронного излучения несет в себе информацию о структуре образца,форме рассеивающих нанообъектов, а малоугловая дифракция поляризованных нейтронов позволяет характеризовать как структурные, так и магнитные6свойства нанообъектов – магнитную структуру веществ, параметры магнитного состояния и их изменения под действием внешних факторов (температура,давление, внешние поля), благодаря наличию у нейтрона магнитного моментаи отсутствию электрического заряда. При этом малоугловая дифракционнаякривая рассеяния на нанообъектах отличается от обычной (широкоугольной)дифракционной кривой рассеяния на атомах:1.
Она регистрируется в области очень малых значениий переданных импульсов, благодаря чему этот метод и получил название малоугловаядифракция.2. Размер рассеивающих объектов в упорядоченных наноструктурах гораздо больше атомных размеров, значит взаимодействие излучения с наночастицами, как правило, на порядки сильнее, чем с отдельным атомом.Поэтому наноструктуры дают мощное когерентное рассеяние, что позволяет исследовать небольшие по размерам образцы.3. Наночастица - уже не квантовый объект, и, следовательно, она индивидуальна, не похожа на другие частицы в структуре, что всегда приводитк некоторому беспорядку. Из-за этого брэгговские максимумы при малоугловой дифракции всегда значительно уширены.4.
В случае исследования магнитных наноструктур позиции брэгговскихмаксимумов от ядерной и магнитной структур, как правило, совпадают.В качестве объектов исследования в диссертации представлены:Нанонити на основе железа, заключенные в поры матрицы диоксидакремния. Формирование пористых материалов из диоксида кремния происходит с помощью механизма жидкокристаллического шаблона, в котором силикатный материал поликонденсируется на поверхности мицелл поверхностноактивного вещества (ПАВ) [8]. За счет процессов самоорганизации мицеллы, имеющие анизотропную форму, упорядочиваются, и образуется регулярная пространственная структура ПАВ, разделенная неорганическими стенками.
После отжига мицеллы разлагаются, оставляя пустые каналы, диаметркоторых можно варьировать от 16 Å до 100 Å за счет выбора поверхностноактивного вещества, типа катализатора и условий химической реакции. Внутри каналов (твердотельных нанореакторов) можно синтезировать наноматериалы с заданными геометрическими и физическими характеристиками. Дляполучения образцов, исследованных в диссертации, был использован инновационный способ синтеза упорядоченных магнитных нанопроволок на основежелеза, заключенных в мезопористой силикатной матрице. Метод основанна внедрении неполярного комплекса металла в гидрофобную часть мезопористого композита "темплат/SiO2 " [9].
В качестве неполярного комплекса7металла был выбран пентакарбонил железа, так как он легко разлагается доэлементного металла простым ультрафиолетовым облучением в вакууме илитермическим разложением. Для лучшей кристаллизации металла внутри каналов матрицы проводился дополнительный отжиг образцов в токе водорода.В результате был получен нанокомпозит, состоящий из нанопроволок железадиаметром порядка 2 нм, заключенных в регулярные поры диоксида кремния.Массивы ферромагнитных нанопроволок на основе мембран оксидаалюминия. Пленки пористого оксида алюминия (мембраны) получаются путем электрохимического окисления пластин алюминия в водных растворахэлектролитов. Толщина оксидного слоя (пленки) определяется временем травления, и зависит от температуры, плотности тока и типа электролита [10].Для внедрения материала в нанопоры самым эффективным оказывается егоэлектроосаждение в потенциостатическом режиме при комнатной температуре [11, 12], так как в этом случае происходит непрерывное заполнение пор,и нитевидные наночастицы обладают выраженной геометрической анизотропией.
В диссертации изучались пленки пористого оксида алюминия (оксидалюминиевые мембраны) толщиной несколько сотен микрометров с внедренными в поры магнитными нанонитями никеля диаметром порядка 25 нм.Диэлектрические пленки диоксида кремния с ферромагнитными наногранулами кобальта. В качестве композитов разупорядоченных ферромагнитных наночастиц, синтезированных на основе матриц диоксида кремния, вдиссертации рассмотрены гранулированные пленки Co/SiO2 , осажденные наполупроводниковую подложку арсенида галлия. Осаждение проводилось методом ионно-лучевого совместного распыления двух мишеней в атмосфере аргона [13]. Толщина пленок зависела от времени распыления мишеней и варьировалась от 40 до 1000 нм.
Концентрация кобальта в пленке Co(x)/SiO2 (1 − x)в исследованных образцах менялась от 30 до 85 атомных %, при этом формачастиц была квазисферическая с размером порядка 3 нм. По данным методаэлектронной микроскопии установлено, что наночастицы кобальта не коагулируют в матрице оксида кремния с ростом их концентрации.Опалоподобные диэлектрические матрицы и инвертированные наих основе ферромагнитные наноматериалы. Рассмотренные в диссертацииопалоподобные матрицы получались на основе принципа самоорганизацииосаждаемых микросфер полистирола или оксида кремния на вертикальнойподложке [14].
Основную роль в процессе осаждения коллоидных частиц израствора играют капиллярные и конвекционные силы в гравитационном полеЗемли. Незначительный вклад вносят термодинамические и электростатические процессы, так как микросферы имеют на поверхности небольшой отри-8цательный заряд [15]. В результате осаждения на поверхности подложки формируется последовательность слоев, составленных из гексагонально упорядоченных плотноупакованных шаров.
При этом, в зависимости от чередованияслоев в такой последовательности, формируются трехмерные структуры с гранецентрированной кубической решеткой (ГЦК), с гексагональной плотнейшейупаковкой (ГПУ), либо со случайной гексагональной плотнейшей упаковкой(СГПУ).Далее ОПС использовались в качестве матриц для электрохимического осаждения металлов никеля или кобальта в пустоты между шарами (впоры опаловой матрицы). В результате осаждения получались трехмерныепространственно-упорядоченные магнитные нанокомпозиты, состоящие из последовательного чередования тетраэдрических и октаэдрических наночастиц,соединенных друг с другом вершинами.Суммируя вышесказанное, целью настоящей диссертационной работыявляется разработка методов малоугловой дифракции нейтронов и синхротронного излучения, демонстрация их использования в исследовании структуры и магнитных свойств пространственно упорядоченных двумерных и трехмерных ферромагнитных нанокомпозитов, синтезированных на основе матрицс упорядоченным или разупорядоченным распределением пор, а также, определение корреляции магнитных и структурных свойств исследованных нанокомпозитов на базе комплементарного подхода с привлечением набора исследовательских методик - электронный парамагнитный резонанс, широкоугольная дифракция синхротронного излучения, мессбауэровская спектроскопия,SQUID магнитометрия, электронная микроскопия.Для достижения цели исследования были поставлены и решены следующие задачи:1.
Разработать способ исследования нанокомпозитных материалов на основе мезопористой матрицы диоксида кремния с внедренными нанонитями железа методом малоугловой дифракции нейтронов.2. Интегральными магнитными методами и методом малоугловой дифракции поляризованных нейтронов исследовать магнитные свойства нанонитей железа, внедренных в поры мезопористой матрицы диоксидакремния, полученных при разных температурах отжига на финальнойстадии синтеза образцов.3. Взаимодополняющими методами электронной микроскопии, широкоугольной дифракции синхротронного излучения, Мессбауэровской спектроскопии и электронного парамагнитного резонанса провести комплексное исследование структурных свойств нанокомпозитных материалов на основе мезопористой матрицы диоксида кремния.94.
На основании полученных данных о структурных и магнитных свойствахнанокомпозитов железо/мезопористая матрица показать применимостьметода малоугловой дифракции для однозначного определения причинскоррелированного поведения магнитной и пространственной структурыобразцов и когерентного поведения ансамбля нанонитей железа.5. Исследовать структурные и магнитные свойства пленочных гетероструктур гранулированная пленка/полупроводниковая подложка, обладающихэффектом гигантского инжекционного магнетосопротивления, методами рефлектометрии поляризованных нейтронов и малоуглового рассеяния синхротронного излучения в скользящей геометрии.6.
Исследовать интегральные магнитные свойства пленочных гетероструктур гранулированная пленка/полупроводниковая подложка методомSQUID-магнитометрии.7. На основании данных, полученных из экспериментов по рефлектометрииполяризованных нейтронов и малоуглового рассеяния синхротронногоизлучения в скользящей геометрии определить влияние пространственной структуры гранулированной пленки на ее магнитные свойства и, какследствие, на эффект гигантского инжекционного магнитосопротивления.8. Методом малоугловой дифракции нейтронов исследовать структуру пленок пористого оксида алюминия, полученных методом двухстадийногоокисления, определить параметры структуры (диаметр пор, их периодичность) в зависимости от качества исходного алюминия.9. Исследовать магнитные свойства пространственно-упорядоченных массивов нанонитей никеля, заключенных в поры матрицы пористого оксида алюминия методом малоугловой дифракции поляризованных нейтронов.10.
На основании анализа трех вкладов в рассеяние нейтронов - ядерного,магнитного и интерференционного - определить корреляцию магнитнойи ядерной структур пленочных нанокомпозитов и дать описание процессам перемагничивания ансамбля никелевых нанонитей.11. Разработать способ аттестации структурного упорядочения искусственных опалов, синтезированных на основе коллоидных микросфер полистирола и диоксида кремния, методом ультрамалоугловой дифракциисинхротронного излучения.12.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
