Ученые исследовали, как повышение давления в плазмохимическом реакторе влияет на физические параметры и магнитные свойства синтезированных в нем наночастиц оксида меди. Наночастицы, синтезированные при давлении 0,002 атмосферы, показали нестандартные свойства. Исследования российских ученых продемонстрировали, что на размеры и свойства таких систем можно повлиять при их производстве. Использование подобных наночастиц позволит повысить эффективность и надежность высокотемпературных сверхпроводников и устройств на их основе. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда.
Фото: Пресс-служба СФУ
Фото: Пресс-служба СФУ
Наночастицы оксида меди (CuO) привлекают внимание ученых своими необычными магнитными свойствами, которые можно применить при создании высокотемпературных сверхпроводников, электролитов и высокочувствительных сенсоров. Наночастицы оксида меди являются полупроводником с антиферромагнитным упорядочиванием, при котором магнитные моменты соседних атомов компенсированы за счет противоположной направленности. Однако при уменьшении размеров начинают проявляться такие свойства, как ферромагнетизм (магнитные моменты направлены параллельно) при комнатной температуре, эффект обменного смещения (особенность кривой перемагничивания), изменение температуры антиферромагнитного упорядочивания. Синтез частиц оксида меди происходит в плазмохимическом реакторе с газом; повышение давления в реакторе ускоряет процесс синтеза и позволяет регулировать размер частиц до 40 нанометров (примерно в 2500 раз тоньше человеческого волоса). Исследователи изучали свойства наночастиц, полученных при разном давлении.
Плазмохимический синтез наночастиц меди мы проводили на дуговом испарителе. Плазмообразующим газом служил аргон, который подавался в камеру вместе с кислородом и образовывал оболочку вокруг плазменного факела. После этого компонентный состав наночастиц изучался на электронном микроскопе, а структурный анализ проводился на рентгеновском дифрактометре»,— рассказывает участник проекта по гранту РНФ Анатолий Ушаков, доктор технических наук, сотрудник Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета.
Фото: Пресс-служба СФУ
Фото: Пресс-служба СФУ
Ученые получили две группы частиц — синтезированные при давлении 0,0004 и 0,002 атмосферы. При меньшем давлении размер наночастиц варьировался от 15 до 60 нанометров, и их магнитные свойства практически не отличались от магнитных свойств объемного материала. В случае давления в 0,02 атмосферы размеры колебались от 15 до 45 нанометров, а параметры оксида меди сильно изменились. Он обладал магнитной твердостью, то есть долго сохранял намагниченность, и она оказалась повышенной. По мнению исследователей, это связано с формированием ферромагнитных дендритных (как деревья) оболочек на ядрах наночастиц, синтезированных с большей скоростью.
Фото: Анатолий Ушаков
Фото: Анатолий Ушаков
Фото: Анатолий Ушаков
В разных областях промышленности нужны разные электропроводящие материалы, обладающие различными параметрами. Во многих ситуациях могут потребоваться дополнительные свойства, в некоторых можно обойтись и без них, упростив процесс производства оксида меди. Исследования российских ученых показали, что на размеры и свойства электропроводника можно повлиять, изменив давление в реакторе.
По материалам статьи «Investigation of the Quenching Rate Effect on the Ferromagnetic Properties of CuO Nanoparticles»; I. V. Karpov, A. V. Ushakov, V. G. Demin, E. A. Goncharova, A. A. Shaihadinov; журнал Nanomechanics of Low-dimensional Materials, май 2020 г