Исследование магнитных свойств новых наноразмерных композитных материалов на основе политетрафторэтелена и железа

За последние двадцать лет в научную лексику прочно вошли термины с префиксом «нано», например, наночастица, наноструктура, нанотехнология. Огромный интерес исследователей к нанообъектам вызван обнаружением у них необычных физических и химических свойств, объясняющихся проявлением так называемых «квантовых размерных эффектов».Главной причиной изменения физических и химических свойств малых частиц является увеличение в них относительной доли «поверхностных» атомов, находящихся в иных условиях, чем атомы объемной фазы. С энергетической точки зрения уменьшение размеров частицы приводит к возрастанию доли поверхностной энергии в ее химическом потенциале. В настоящее время уникальные физические свойства наночастиц интенсивно изучаются многими научными коллективами по всему миру. Особое место среди них занимают магнитные свойства, в которых явно проявляются различия между массивным (объемным) материалом и наноматериалом. В частности, показано, что намагниченность (в расчете на один атом) и магнитная анизотропия наночастиц могут быть заметно больше чем у массивного образца, а отличия в температурах Кюри (Tc) или Нееля (Tn) достигают сотен градусов. Кроме того у магнитных наноматериалов обнаружен ряд необычных свойств – гигантское магнетосопротивление, аномально большой магнетокалорический эффект и др. Магнитные наночастицы широко распространены в природе и встречаются во многих биологических объектах. Магнитные наноматериалы используются в системах записи и хранения информации, в новых постоянных магнитах, в системах магнитного охлаждения, в качестве магнитных сенсоров и т.п. Все это объясняет большой интерес специалистов различного профиля к таким системам.Магнитные свойства наночастиц определяются различными факторами: условия получения, химический состав, размер и форма частицы, взаимодействие частиц с окружающей их матрицей и соседними частицами. Изменяя размеры, форму состав и строение наночастиц, можно в определенных пределах управлять магнитными характеристиками материалов на их основе. Для изменения кристаллической структуры ядра и оболочки частицы можно использовать температурную обработку (отжиг) или другие методы направленного изменения свойств частицы.Полученные, в ходе выполнения проекта «Исследование магнитных характеристик композитных материалов, полученных с использованием наночастиц», результаты магнитных исследований композитных материалов, созданных путем деструкции политетрафторэтелена в плазме высоковольтного разряда при использовании электродов содержащих железо, показали, что данные объекты проявляют ряд уникальных магнитных свойств, таких как большое значение коэрцитивной силы при комнатной температуре, суперпарамагнетизм. И дальнейшее их изучение представляется интересным как с фундаментальной, так и с прикладной точки зрения. Таким образом, проект направлен на изучение магнитных свойств наноразмерных композитных материалов, полученных путем деструкции политетрафторэтелена в плазме импульсного высоковольтного разряда при использовании электродов содержащих железо. Еще одним направлением исследований будет являться поиск и установление корреляций между способом получения наноразмерного композитного материала, составом, строением, размерами, морфологией, влиянием последующей обработки и его магнитными характеристиками с целью разработки критериев для направленного синтеза веществ, обладающих заданными магнитными свойствами.Для решения поставленных задач планируется использовать метод стационарной СКВИД – магнитометрии. В последние годы СКВИД – магнитометрия заняла лидирующие место среди различных методов исследования вещества. В первую очередь это объясняется рекордно высокой чувствительностью (10-13 Тл чувствительность по полю), что позволяет производить измерения в очень слабых полях, менее 10Гс, исследовать образцы содержащие незначительное количество магнитных примесей, а так же возможностью исследовать образцы, начиная с предельно низких температур (начиная с 2 K). Благодаря высокой чувствительности, данный метод позволяет проводить исследование магнитных свойств широкого спектра объектов: от сильных ферромагнетиков, до спиновых стекл, мультислойных пленок и наноструктур. Сочетание стандартных методик, используемых в СВИД – магнитометрии и ряда специальных методик, применяемых для изучения объектов, содержащих наноразмерные частицы, позволит получить полную и достоверную картину о магнитных характеристиках исследуемых композитных материалов.Научная новизна работы заключается в получении пионерских данных о композитных материалах обладающих уникальными магнитными характеристиками, а также в развитии такого научного направления физической химии как магнетохимия, включающего в себя вопросы экспериментального исследования магнитных свойств, выявления корреляций между составом, строением, морфологией вещества и его магнитными характеристиками, что позволит проводить направленный синтез соединений обладающих заданными физико-химическими свойствами.Проект направлен на исследование магнитных свойств новых наноразмерных композитных материалов, обладающих уникальными магнитными свойствами, получаемых путем деструкции политетрафторэтелена в плазме высоковольтного разряда при использовании электродов содержащих железо. На основании анализа данных, полученных с помощью СКВИД – магнитометрии, электронной сканирующей микроскопии, РФА планируется установить корреляции между способом получения, составом, внутренним строением, морфологией вещества и его магнитными характеристиками, для разработки критериев для целенаправленного синтеза материалов с заданными магнитными свойствами. В ходе выполнения работ по проекту планируется исследовать достаточно широкий ряд образцов с различными условиями формирования и последующей обработкой. Для них планируется получить температурные и полевые зависимости намагниченности диапазоне температур от 2 до 450 K, в стационарных полях до 7 Тл, с использованием как стандартных, так и специальных методик.