Магнитные наночастицы: проблемы и достижения химического синтеза
Страница 2

Повышенный интерес ислледователей к нанообъектам вызван обнаружением у них необычных физических и химических свойств, что связано с проявлением так называемых «квантовых размерных эффектов». Эти эффекты вызваны тем, что с уменьшением размера и переходом от макроскопического тела к масштабам нескольких сот или нескольких тысяч атомов, плотность состояний в валентной зоне и в зоне проводимости резко изменяется, что отражается на свойствах обусловленных поведением электронов, в первую очередь магнитных и электрических. Имевшаяся в макромасштабе «непрерывная» плотность состояний заменяется на дискретные уровни, с расстояниями между ними зависимыми от размеров частиц [118]. В таких масштабах материал перестает демонстрировать физические свойства присущие макросостоянию вещества или проявляет их в измененном виде. Благодаря такому размерно-зависимому поведению физических свойств и нетипичности этих свойств по сравнению со свойствами атомов с одной стороны, и макроскопических тел с другой, наночастицы выделяют в отдельную, промежуточную область, и нередко называют «искусственными атомами» [9].

Другим главным фактором оказывающим влияние на физические и химические свойства малых частиц по мере уменьшения их размеров является возрастание в них относительной доли «поверхностных» атомов, находящихся в иных условиях (координационное число, симметрия локального окружения и т.п.), чем атомы объемной фазы. За счет этого происходит серьезное изменение свойств «поверхностных» атомов, в результате чего также изменяется характер взаимодействия между атомами находящимися на поверхности и атомами внутри частицы, что может приводить к кардинальному изменению физических свойств. Например, теоретически и экспериментально показано что в магнитных кластерах состава Ni38Pt6 полностью исчезает магнетизм поверхностных атомов при покрытии их карбонильными лигандами, в то время как магнитное поведение атомов внутри кластера остается неизменным [64]. Наличие таких неоднородностей не позволяет считать наночастицы в буквальном смысле однородными, т.к. свойства поверхностных и внутренних областей различаются. С энергетической точки зрения уменьшение размеров частицы приводит к возрастанию доли поверхностной энергии в ее химическом потенциале, что делает ее способной эффективно взаимодействовать с любыми химическими соединениями. Глубина взаимодействия с окружающей средой определяется двумя основными факторами: поверхностной энергией и природой химического вещества наночастицы. Так наночастицы кобальта обладают очень сильной способностью к окислению кислородом воздуха, и на их поверхности обычно присутствует слой антиферромагнитного оксида кобальта, который взаимодействуя с металлическим ферромагнитным «ядром» вносит существенный вклад в магнитные свойства, влияя на коэрцитивность, увеличивая/уменьшая ее в зависимости от своей толщины (подобные эффекты называются обменной анизотропией и позволяют управлять коэрцитивностью наночастиц и наноматериалов на их основе) [65, 80, 85].

Другие статьи из раздела

Cefic: ряды организации пополнились за счет новых участников

Cefic расширяет ряды членов организации, предоставив возможность вступить в нее соответствующим ассоциациям химической индустрии Чешской Республики, Венгрии, Польши, Словакии, Словении и Турции. Также было предоставлено партнерское членство новым федерациям промышленности...


В ответ на спад в азиатский экономике BASF сосредотачивается на китайском рынке

Немецкая химическая компания BASF делает Китай центром инвестиций на азиатском рынке. К этому шагу химический гигант побуждают два обстоятельства: размер рынка Китая (страны с населением в 1,3 миллиарда человек) и...


Каждый получит персонального робота

Академик Геннадий Красников рассказывает о больших перспективах российской микроэлектроники.