Синтез, атомное строение и настраиваемые магнитные характеристики ферромагнитных малослойных кластеров нанографена в углеродных микро- и нано-сферах

Проект посвящен поиску параметров синтеза и определению атомного строения получающихся углеродных микро- и нано-сфер, состоящих из малослойных кластеров нанографена, обладающих ферромагнитными свойствами при комнатной температуре (RT), с настраиваемыми в ходе синтеза магнитными характеристиками. Синтез осуществляется методом твердофазного пиролиза органических соединений, в рамках которого путем замены прекурсоров (Фталоцианин C32N8H18 , ПЭ (C2H4)n, Пиридин C5H5N, Пиримидин C4H4N2), а также изменением параметров пиролиза (температура, давление, длительность) будет меняться концентрация центров азота в интервале 0-35 ат.%, а также размер сфер (уменьшение до 100 nm) и доля краевых зигзагообразных углеродных состояний, что позволит целенаправленно варьировать число магнитных центров в углеродных микро- и нано-сферах из кластеров нанографена. Комплексное изучение способов регулировки и оптимизации концентрации примесных атомов азота и краевых углеродных состояний в графеновых кластерах позволит заметно улучшить магнитные характеристики углеродных сфер при RT. Атомная структура и магнитные характеристики углеродных сфер будут определены методами просвечивающей электронной микроскопии (HRTEM), рентгеновской дифракции (XRD), рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS), метода рамановского рассеяния (RS), спектроскопии рентгеновского поглощения (XAFS) в сочетании с кластерным моделированием методом Reax Force Field Молекулярной динамики, методами магнитометрии, электронного парамагнитного и ферромагнитного резонанса. На основе результатов, полученных с помощью применяемых взаимодополняющих методов структурного анализа и измерений магнитных характеристик синтезируемых образцов, устанавливаются взаимосвязи между наблюдаемыми магнитными характеристиками образца – параметрами пиролиза – числом и типом сформированных при этом различных структурных состояний атомов азота, их локальной атомной структурой и относительными концентрациями в графеновых нанокластерах для средней углеродной сферы. Определяется степень влияния краевых углеродных структур зигзагообразного типа на наблюдаемые магнитные характеристики и ее зависимость от параметров пиролиза. В результате исследований предполагается заметно улучшить магнитные характеристики кластеров нанографена в углеродных микро- и нано-сферах, с возможностью их изменений выбором условий пиролиза, и в частности, увеличить насыщенность намагниченности до ~ 2 emu/g.