6.Магнитные нанокомпозиты

Композитами в материаловедении именуют материалы, состоящие из смеси или комбинации двух или более составляющих, различных по форме, химическому составу и свойствам. Нанокомпозиты можно определить как многофазные твердые материалы, где хотя бы одна из фаз имеет средний размер кристаллитов (зерен) в нанодиапазоне (до 100 нм), или структуры, имеющие повторяющиеся наноразмерные промежутки между различными фазами. Эти структуры составляют композит.  В широком смысле это определение включает пористые среды, коллоиды, гели и сополимеры, но чаще используется для обозначения твердых комбинаций массивной матрицы и наноразмерных фаз(ы), различающихся по свойствам из-за разницы в структуре и химическом строении. Механические, электрические, термические, оптические, электрохимические, каталитические свойства нанокомпозитов отличаются в зависимости от составляющих материалов. Ограничение по масштабу для этих эффектов оценивается следующим образом: < 5 нм для каталитической активности, < 20 нм для перехода магнитожесткого материала в мягкий, <50 нм для изменения индекса рефракции, и < 100 нм для достижения суперпарамагнетизма, механической прочности или ограничения сдвигов в структуре композита. В механическом смысле нанокомпозиты отличаются от обычных композитных материалов из-за исключительно высокого отношения площади поверхности к объему усиливающей фазы и/или исключительно высокого соотношения характерных размеров. Усиливающий материал может состоять из частиц (например, минералов), листов или волокон (например, нанотрубок). Область взаимодействия между матрицей и усиливающей фазой обычно на порядок больше, чем для обычных композитов. Таким образом, большая площадь поверхности усиливающей фазы означает, что относительно малое количество усилителя может оказать существенное влияние на макроскопические свойства композита. Например, добавление углеродных нанотрубок улучшает электро- и теплопроводность. Другие типы наночастиц могут влиять на оптические свойства, диэлектрические свойства, теплоизоляцию или механические свойства, такие как жесткость, прочность и устойчивость к повреждениям и износу.

На настоящий момент наночастицы и наноматериалы на их основе вызывают значительный интерес как с фундаментальной точки зрения, так и с точки зрения их возможного применения. Этот интерес обусловлен, в первую очередь, значительным изменением свойств нанометровых частиц по сравнению с объемными материалами. Однако, как показывает практика, в ряде случаев размерный эффект может оказывать отрицательное влияние на характеристики конечного материала, в частности, наночастицы в силу большой удельной поверхности являются метастабильными (склонны к агрегации и имеют высокую реакционную способность). Кроме того, в некоторых случаях при уменьшении размеров системы (например, в микроэлектронике) характерные свойства наноразмерных фаз могут приводить к возникновению принципиальных ограничений, накладываемых на применение наноструктур. Так, например, уменьшение элементов в полупроводниковой микроэлектронике приводит к необходимости учитывать вклад туннельных эффектов (например, на затворе транзистора), а при уменьшении площади хранения одного бита информации в устройствах магнитной записи к уменьшению времени релаксации спинов вплоть до проявления суперпарамагнитных свойств.