3.4 Намагніченість насичення твердртільних наноструктур.
Це також має велике значення для збільшення ємності магнітних накопичувачів інформації, таких як жорсткі диски комп'ютерів. Основний механізм збереження інформації являє собою намагнічування у певному напрямку дуже малої області магнітного носія, називаної бітом. Існуючі магнітні пристрої збереження інформації засновані на дуже маленьких кристалах сплаву Сr і Co. Одна зі складностей, що виникає при розмірах біта менш 10 нм, полягає в тому, що вектор намагніченості може поміняти напрямок під дією теплових флуктуацій, по суті, стираючи пам'ять. Одне з рішень цієї проблеми складається у використанні нанорозмірних зерен з великими значеннями намагніченості насичення, і, отже, з більш сильною взаємодією між зернами. Групі IBM удалося одержати твердий вуглецевий шар, що містить 3-х нанометрові частинки FePt з набагато більшим значенням намагніченості. Такий розмір магнітних частинок може привести до густини запису в 150 гігабайт на квадратний дюйм, тобто приблизно в 10 разів щільніше, ніж у нині існуючих носіях.
3.5 Феромагнітні рідини.
Дуже цікавим із практичної точки зору є розгляд так званих феромагнітних рідин. Це колоїди, що звичайно складаються з 10 нанометрових частинок магнетиту Fe3O4, покритих поверхнево-активною речовиною для запобігання їхньої агрегації і зважених у гасі чи трансформаторній олії. Наночастинки являють собою однодоменні магніти, орієнтація магнітних моментів яких під час відсутності магнітного поля випадкова в кожен момент часу, так що повна намагніченість рідини дорівнює нулю. При накладенні магнітного поля моменти окремих частинок вибудовуються по напрямку поля, і рідина намагнічується. Така система характеризується практично повною відсутністю гистерезиса. Таким чином, феромагнітні рідини – суперпарамагнітні магнітом’які матеріали. Ці рідини мають масу цікавих властивостей.
Розглянемо зміну оптичних властивостей таких рідин під дією магнітного поля. При накладенні магнітного поля на плівку феромагнітної рідини товщиною в декілька мкм паралельно поверхні плівки магнітні частинки в рідині збираються в голкоподібні ланцюжки, орієнтовані уздовж поля.
З ростом магнітного поля усе більша кількість частинок приєднується до цих ланцюжків, що стають і товще, і довше. Відстань між ланцюжками також зменшується. При накладенні поля перпендикулярно поверхні плівки ланцюжки розташовуються також перпендикулярно поверхні, їхні кінці спочатку розташовуються на поверхні випадковим чином, а зі збільшенням напруженості магнітного поля упорядковуються в гексагональну структуру (рис. 4.2).
Утворення ланцюжків у феромагнітній рідині в магнітному полі робить її оптично анізотропною, тобто впливає на інтенсивність проходячого через плівку пучка світла. Цей ефект може бути покладений в основу оптичних перемикачів, у яких інтенсивність світла, що пропускається, змінюється за допомогою магнітного поля.
За допомогою феромагнітної рідини можна також створювати регульовані магнітним полем дифракційні ґратки. Як відомо, дифракційні ґратки складаються з тонких щілин, відстань між який порядку довжини хвилі падаючого світла. Дифракція виникає в результаті накладення двох чи більшої кількості світлових хвиль з однаковою довжиною хвилі, що приходять на екран по шляхах різної довжини. Якщо різниця ходу відрізняється на половину довжини хвилі, такі хвилі гасять одна одну, і на екрані (фотоплівці) утворюється темна область; якщо різниця ходу відрізняється на довжину хвилі, інтенсивності хвиль складаються, утворюючи яскраву світлу область.
Рис. 4.2 Зображення кінців ланцюжків магнітних наночастинок у перпендикулярному плівці магнітному полі
Оскільки при додаванні до феромагнітної рідини перпендикулярного магнітного поля, наночастинки утворять двовимірну гексагональну ґратку, вона може виступати як дифракційна ґратка. Дифракційна картина визначається рівнянням:
4.1
де d - відстань між ланцюжками наночастинок; θ- кут між нормаллю до поверхні плівки і вихідним пучком світла.
У зв'язку з тим, що відстань між ланцюжками залежить від напруженості прикладеного магнітного поля, можна одержати дифракційну ґратку, яку можна перебудовувати на необхідну довжину хвилі, змінюючи напруженість магнітного поля.
Іншою цікавою властивістю феромагнітних рідин є їх загущення при поміщенні в постійне магнітне поле, що дозволяє використовувати їх у якості різних герметиків, наприклад, для перешкоджання проникнення пилу усередину корпуса жорстких дисків персональних комп'ютерів, і вакуумних ущільнювачів, необхідних для введення швидко обертових осей у високовакуумну область.
В останньому випадку рідина використовується для герметизації щілини між обертовим валиком і підтримуючою його опорою. Також феромагнітна рідина використовується в якості в’язких глушителів коливань, охолоджувачів силових трансформаторів і навіть при сортуванні металобрухту.
Таким чином, магнітне маніпулювання нанокластерами в магнітній рідині створює унікальну можливість дистанційного регулювання їхніх параметрів (тиску, в'язкості, теплопровідності, оптичної проникності).
При поміщенні феромагнітної рідини в обертове магнітне поле, наночастинки також починають обертатися, захоплюючи за собою рідину. Таким чином, усередині магнітних рідин при накладенні магнітного поля виникають об'ємні та поверхневі сили, які можна модернізувати і створювати керовані гідромеханічні рухи.
Зокрема, для космічних застосувань проводяться дослідження магнітних рідин в умовах повної відсутності гравітації і підтримки конвекції середовища не за допомогою сили ваги, а за допомогою магнітної сили.
Висновки
В даній курсовій роботі розглянуто ряд методів отримання наночастинок. Самими широко використовуваними є методи, засновані на випаровуванні та конденсації, плазмохімії, та відновленні воднем металів з оксидів, оскільки при їх використовуванні можна керувати властивостями наноматеріалів, крім того, вони найбільш прості у використанні та апаратурному оформленні.
Хочеться відмітити, що загальна тенденція розвитку техніки та технології направлена на зниження матеріалоємності та енергоємності процесів, апаратів та технологій, тому проблема нанотехнологій зараз дуже актуальна в усьому світі. Але, нажаль Україна відстає в розвитку цього напрямку, так як не вистачає фінансових уложень, та сучасної апаратури. Для прикладу, в США створюються урядові програми по введенні часного капіталу для розробки наноматеріалів.
Праці по вивченню та відкриттю нових властивостей наночастинок ведуться дуже інтенсивно.
Перелік посилань
1. Соловьев М. Нанотехнология — ключ к бессмертию и свободе. // Компьютерра, 1997.
2. Генералов М.Б. Криохимическая нанотехнология: Учеб. пособие для вузов. М.: ИКЦ “Академкнига”, 2006.
3. Сергеев Г.Б. “Нанохимия” Изд. Московского ун-та, 2003.
4. Пул Ч. Оуэнс Ф. Нанотехнологии. – М.: Техносфера, 2004.
5. Вестн. Моск. ун-та. Сер.2. химия. 2001.
6. Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001.