Магнитные наночастицы: методы получения. Оглавление

 

I.Введение

II. Наночастицы и материалы на их основе

Определения, классификация, общая информация

III. Методы получения магнитных наночастиц

III.1 Получение наночастиц из пересыщенных паров металлов

III.2 Метод «молекулярных пучков»

III.3 Получение наночастиц распылением паров металла (sputterung)

III.4 Методы нанодиспергирования компактного материала

III.5 Механохимическое диспергирование

VI. Методы стабилизации наночастиц

V. Магнитные свойства наночастиц

VI.Заключение; перспективы

Введение

В последние два десятилетия в научную лексику стремительно «ворвались» ряд новых слов с префиксом «нано»: наноструктура, нанотехнология, наноматериал, наноразмерный материал, нанореактор и т.п.

В настоящее время уникальные физические свойства наночастиц, возникающие за счёт поверхностных или квантово-размерных эффектов, являются объектом интенсивных исследований [1]. Особое место в этом ряду занимают магнитные характеристики наночастиц; здесь наиболее отчётливо выявлены различия (иногда очень существенные) между компактными магнитными материалами и соответствующими наночастицами и создана теоретическая база, способная объяснить многие из наблюдаемых эффектов.

За последние годы в области магнитных наноматериалов произошли изменения, которые, без преувеличения, можно назвать революционными. Связано это в первую очередь с разработкой эффективных методов получения и стабилизации магнитных частиц нанометровых размеров и параллельным развитием физических методов характеризации и исследования частиц таких размеров. Стандартные  характеристики магнитных материалов (намагниченность насыщения, коэрцитивная сила и т.п.) в случае наночастиц как правило не хуже, а часто и превосходят, аналогичные параметры объемных материалов.

По-видимому, впервые магнитные характеристики материала, состоящего из изолированных друг от друга в немагнитной твердой диэлектрической матрице магнитных наночастиц (3-10 нм) были описаны в 1980 г в работе [2]; наличие наночастиц и их состав были установлены тогда методами рентгеновского малоуглового рассеяния и мессбауэровской спектроскопии [3]^[1]. В дальнейшем эти образцы были повторно исследованы современными методами и полученные в ранних работах результаты в основном подтвердились [4]. Меняя размеры, форму, состав, строение наночастиц можно в определенных пределах управлять магнитными характеристиками материалов на их основе. Все это позволяет надеяться на использование материалов, содержащих наночастицы, в перспективных системах записи и хранения информации, для создания новых постоянных магнитов, в системах магнитного охлаждения. Отметим только, что в применяемых в настоящее время магнитных лентах или дисках в качестве сред для магнитной записи информации чаще всего используют порошки микронных размеров состава-Fe₂O₃, Co--Fe₂O₃, Fe или Fe-Co, и для записи 1 бита информации используется примерно 10⁹ атомов [5], в то время как в наночастице диаметром 10 нм содержится 10³-10⁴ атомов.

Грубая схема характера изменения магнитных свойств при уменьшении размеров образца ферромагнетика от макроскопических, когда число атомов в образце не менее  6.0210²³, до атомных (в пределе  до одного атома - иона) представлена в табл.1.

Надо иметь в виду, что на магнитные свойства вещества оказывают влияние внешние условия  температура, давление, а для групп Б, В еще среда в которой она находится. Важна и химическая природа элемента.

Магнитные наночастицы широко распространены в природе и встречаются во многих биологических объектах. Так, например, высокоупорядоченные квази-одномерные цепочечные ансамбли магнитных наночастиц оксидов железа (Fe₃O₄ с примесью -Fe₂O₃) присутствуют в магнитных бактериях magnetotactic spirillum и играют важную функциональную роль, обеспечивая возможности ориентации бактерий в магнитном поле Земли [6].

Всё вышеизложенное служит основанием для повышенного интереса к магнитным наночастицам специалистов различного профиля. Задача данного обзора дать современное представление о физике и химии магнитных наночастиц, методах их получения.