Новости

20 ноября, 2020 11:57

Изучены свойства и способы синтеза наночастиц оксида никеля

Российские ученые показали эффективность синтеза наночастиц оксида никеля в кислородной плазме дугового разряда низкого давления. Такой способ получения позволит управлять магнитными свойствами наночастиц, которые делают их подходящими для использования в устройствах компьютерной памяти и записи сигналов. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures. В последующих исследованиях, также поддержанных грантом РНФ и опубликованных в журнале IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, ученые определили, как свойства наночастиц оксида никеля зависят от условий при таком методе синтеза.
Горение дугового разряда при синтезе наночастиц. Источник: Леонид Федоров
Установка перед началом процесса получения наночастиц. Источник: Леонид Федоров
3 / 4
Горение дугового разряда при синтезе наночастиц. Источник: Леонид Федоров
Установка перед началом процесса получения наночастиц. Источник: Леонид Федоров

Благодаря своим очень маленьким размерам (10-9 м) наночастицы обладают рядом уникальных электрофизических, химических и оптических характеристик. Наибольший интерес представляют магнитные наночастицы с антиферромагнитным упорядочиванием. Электроны ведут себя как маленькие магниты, и в таких наночастицах магнитные моменты соседних электронов ориентированы антипараллельно, поэтому общая намагниченность тела близка к нулю. Обратная ситуация наблюдается в ферромагнетиках, где магнитные моменты электронов параллельны и складываются в общую намагниченность тела. Антиферромагнитные наночастицы можно применять в качестве устройств магнитной памяти и записи аудио- и видеосигналов, таких как магнитные ленты и жесткие диски. Устройства на основе этих наночастиц потребляют меньше энергии и могут обладать совсем небольшими габаритами. Обычно запоминающим устройствам необходимо электричество для работы, но антиферромагнетики не нуждаются в этом для совершения операций записи. Кроме того, они защищены от стирания информации под воздействием внешнего магнитного поля. Наиболее востребованными являются антиферромагнетики на основе оксидов переходных металлов: никеля, меди и марганца. Для их получения используются различные физико-химические методы, один из которых — плазмохимический — отличается высокой производительностью и позволяет управлять размером наночастиц, их строением и составом.

Российские ученые впервые показали, что получение наночастиц в кислородной плазме дугового разряда низкого давления — эффективный инструмент для синтеза нанокристаллических частиц оксида никеля (NiO). Синтез происходит внутри реактора, заполненного газом (аргоном). Изготовленный из никеля катод разогревают до такой степени, что он начинает испускать электроны и ионизирует газ внутри реактора. Этот газ образует плазму, заполняющую весь объем. После этого в камеру подается кислород, создающий оболочку вокруг катода, где за счет энергии плазмы осуществляется синтез наночастиц NiO.

«Развитие метода синтеза наночастиц в плазме дугового разряда низкого давления позволит увеличить разнообразие производимых этим методом наночастиц различного назначения. В частности, оксид никеля представляет собой подходящий магнитный материал для записывающих устройств, так как может обеспечить их миниатюризацию и увеличить плотность записи, — рассказывает Анатолий Ушаков, доктор технических наук, сотрудник Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр Сибирского отделения РАН» и Сибирского федерального университета. — Наночастицы оксида никеля проявляли сложное магнитное поведение в зависимости от напряженности магнитного поля и температуры при синтезе. Все полученные результаты свидетельствуют о том, что наночастицы обладают заметным магнитным откликом, и поэтому могут быть использованы в устройствах записи».

В последующих исследованиях ученые рассмотрели особенности строения наночастиц NiO, полученных вышеупомянутым методом. Несмотря на то, что электрические свойства оксида этого металла хорошо изучены, до сих пор не существовало сложившихся представлений о движении и местонахождении носителей заряда в наночастицах. Это связано с тем, что свойства таких материалов сильно зависят от условий их получения. Ученые показали, что характеристики нанопорошка NiO, синтезируемого в плазме дугового разряда низкого давления, определяются главным образом процессами, происходящими вблизи катода, и зависят от скорости ионизации газа. Синтезированные образцы отличались внутренней структурой и высокими значениями диэлектрической проницаемости в области низких частот электромагнитных волн. Такие материалы могут быть использованы в качестве сенсоров, топливных элементов и электролизеров.

В исследованиях также принимали участие Института физики имени Л. В. Киренского СО РАН (Красноярск).

27 ноября, 2020
Исследователи выяснили, как кишечные бифидобактерии «защищаются» при воспалительных реакциях у хозяина
Российские ученые выяснили, как бифидобактерии реагируют на иммунный ответ организма хозяина. При оп...
26 ноября, 2020
Разработаны более эффективные противогрибковые средства на основе флуконазола
Российские ученые синтезировали новые противогрибковые средства на основе известного лекарства «Флук...