Добавлен: 03.02.2024
Просмотров: 107
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
(НИТУ «МИСиС»)
| ИНСТИТУТ | Новыхматериаловинанотехнологий |
| КАФЕДРА | Технологииматериаловэлектроники |
| НАПРАВЛЕНИЕ(ПРОФИЛЬ) | 28.03.01 Нанотехнологии и микросистемная техника (Нанотехнологии,материалымикро-инаносистемнойтехники) |
КУРСОВАЯ РАБОТА
Дисциплина:
Оборудование микро- и нанотехнологий
Тема:
Методы и оборудование для синтеза наночастиц магнитных материалов
| Обучающийся (группы) | БНМТ-19-2 | Лисенко А. |
| | (аббревиатура) | (Фамилия И.О.) |
| Преподаватель | доцент | Муратов Д.Г |
| | (должность) | (Фамилия И.О.) |
| Оценка с учетом защиты | | |
| (оценка) | | (дата) |
| | (подпись) | (Фамилия И.О.) |
| Члены комиссии | | |
| | (подпись) | (Фамилия И.О.) |
Москва 2022
Содержание
Актуальность 3
Синтез наночастиц 5
1 Физические методы синтеза наночастиц магнитных материалов 5
1.1 Метод лазерной абляции 5
1.2 Магнетронное распыление 7
1.3 Метод дугового разряда 9
2 Химические методы синтеза магнитных наночастиц 11
2.1 Термолиз 11
2.2 Метод соосаждения(гидролиз) 12
2.3 Мицеллы 13
2.4 Золь-гель метод 14
2.5 Сольвотермический синтез 16
2.6 Метод термического разложения и восстановления 17
Заключение 19
Список литературы 20
Актуальность
Магнитные материалы и феномен магнетизма знакомы человечеству на протяжении давнего времени, и хорошо известно, какую роль играют магнитные явления в жизни современного человека. С интенсивным развитием науки в последние десятилетия и стремительно ворвавшимся в научную лексику термином «нано», магнетизм наноразмерных объектов оказался едва ли не самой «горячей», наряду с фуллеренами и углеродными нанотрубками, темой в научных журналах. Исторически пристальнее присматриваться к наночастицам магнитных материалов стали приблизительно с первой половины 90-х годов. Исследователи из различных областей неорганической и металлорганической химии по обе стороны океана сталкивались с тем, что теперь известно под понятием «наночастица» или «наноматериал», а в то время – каждый называл так, как ему было ближе по роду исследований – магнитными жидкостями, кластерами или активными порошками металлов. Из-за недостаточной развитости физико-химических методов исследования строения вещества представлялось затруднительным дать точную характеристику полученных объектов и объяснить их необычные свойства. Но общее мнение и гипотезы сходились на том, что данные объекты обладают огромным потенциалом и несут в себе если не технологическую революцию, то множество важных фундаментальных открытий и перспективных технологических применений.
Магнитные наночастицы (МНЧ) представляют собой частицы природных или синтетических материалов с размерами от 5 до 100 нм, которые обладают магнитными свойствами. Показан значительный потенциал применения МНЧ в биомедицине, магнитно-резонансной томографии, системах хранения данных, технологиях восстановления окружающей среды, магнитоуправляемых жидкостях, различных детекторах и системах иммуноанализа. В последнем случае МНЧ используются и как средства пробоподготовки (очистка, концентрирование аналита), и как маркеры (иммунохроматография с магнитной детекцией) [1]
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. В таких масштабах материал перестает демонстрировать физические свойства, присущие макросостоянию вещества, или проявляет их в измененном виде. Благодаря такому размернозависимому поведению физических свойств и не типичности 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» [3].
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.
В настоящее время уникальные физические свойства наночастиц интенсивно изучаются [4]. Особое место среди них занимают магнитные свойства, в которых наиболее отчетливо 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 (ТN), т.е. в температурах самопроизвольного установления параллельной или антипараллельной ориентации спинов наночастиц и соответствующих макроскопических фаз достигают сотен градусов. Кроме того, у магнитных наноматериалов обнаружен ряд необычных свойств – высокие значения обменного взаимодействия, аномально большой магнитокалорический эффект и др.
Магнитные свойства наночастиц определяются многими факторами, среди
которых следует выделить химический состав, тип кристаллической решетки и степень ее дефектности, размер и форму частиц, морфологию (для частиц с комплексной структурой), 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. Однако контролировать все эти факторы при синтезе примерно одинаковых по размерам и химическому составу наночастиц удается далеко не всегда, поэтому свойства однотипных наноматериалов могут сильно различаться. 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 [5], в качестве магнитных сенсоров и т. п. Все это объясняет большой интерес специалистов различного профиля к таким системам