Рентгеноспектральное исследование электронного и атомного строения композитных материалов на основе наночастиц кобальта и железа

• Автор: Швачко, Олег Викторович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 178 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1 Электронная и атомная структура наноматериалов

(литературный обзор)

1.1 Основные сведения о наноматериалах

1.2 Синтез наноматериалов

1.3 Методы исследования электронного и атомного строения

1.4 Рентгеноспектральные исследования строения и состава

металлсодержащих наночастиц в полимерных матрицах

Г лава 2 Аппаратура и методики расчетов, получения и обработки

экспериментальных данных

2.1 Расчет числа атомов в объеме и на поверхности наночастиц
2.2 Получение и обработка рентгеновских эмиссионных спектров
2.3 Получение и обработка рентгеновских спектров поглощения
Глава 3 Наночастицы кобальта
3.1 Наночастицы из формиата кобальта в полиэтилене
3.2 Наночастицы из формиата кобальта на поверхности наногранул
политетрафторэтилена
3.3 Наночастицы из ацетата кобальта на поверхности наногранул
политетрафторэтилена
3.4 Результаты и выводы главы

Глава 4 Наночастицы железо-кобальт на поверхности наногранул
политетрафторэтилена
4.1 Структура ближнего окружения кобальта и железа в наночастицах
4.2 Электронное строение
4.3 Результаты и выводы главы
Глава 5 Наночастицы железо-платина в полиэтилене
5.1 Структура ближнего окружения платины и железа
5.2 Электронное строение
5.3 Результаты и выводы главы
Заключение
Список литературы
Введение
Актуальность
В последнее время в научную лексику вошли несколько новых терминов с префиксом «нано»: наноструктура, нанотехнология, наноматериал и т.п. Издается ряд новых журналов, посвященных исключительно этой тематике, появились монографии, в названии которых присутствует префикс «нано», а также «нано»-профилированные институты, кафедры и отдельные лаборатории, проводятся многочисленные конференции. В большинстве случаев новые названия даны давно известным объектам или явлениям. Но есть объекты, которых по существу не было в арсенале исследователей еще 20 лет назад и без которых сегодня уже невозможно представить современное развитие науки -это наночастицы во всем их многообразии начиная от фуллеренов, нанотрубок, нанопроводов до квантовых точек и квантовых корралов.
За последнее десятилетие в области изучения наноматериалов произошли изменения, которые, без преувеличения, можно назвать революционными. Связано это в первую очередь с разработкой эффективных методов получения и стабилизации наночастиц, а также параллельным развитием физических методов их исследования. Стало возможным получение наночастиц, внедрённых в различные «жесткие» матрицы- (полимеры, цеолиты и др.). В таких материалах обнаружен ряд необычных явлений, таких как гигантское магнетосопротивление, аномально большой магнетокалорический эффект и др. Стандартные характеристики магнитных материалов (намагниченность насыщения, коэрцитивная сила и др.) в случае наночастиц, как правило, не хуже, а часто и превосходят, аналогичные параметры объемных материалов.
Уменьшение частиц до нанометровых размеров приводит к проявлению в них так называемых «квантовых размерных эффектов», когда размеры исследуемых объектов сравнимы с длиной де-бройлевской волны электронов,
Например, в работе [15], методами рентгеновской эмиссионной и абсорбционной {ЕХАРЗ) спектроскопии были исследованы новые материалы на основе наночастиц железа, стабилизированных на поверхности ультрадисперсного политетрафторэтилена, далее Ре + УПТФЭ.
Локальное атомное окружение атомов железа исследовалось методом ііАЛ/'-спектроскопии. На рисунке 1.1 представлен нормализованный спектр поглощения /Г-края железа и ЕХА /-функция х(к)! исследованного образца Ре + УПТФЭ. Интенсивный пик, наблюдаемый на крае поглощения, свидетельствует о наличии в ближайшем окружении железа легких атомов, таких как углерод, кислород или фтор.
Для получения структурной информации было проведено Фурье-преобразование выделенной /гАН/чУ-функции в интервале /с=3.1-12.4 А'1 волновых чисел фотоэлектронов. Модули Фурье-преобразования (МФП) %(к)1 модельной и экспериментальной ЕХАРБ функций Ре К-края исследованного образца Ре + УПТФЭ представлены на рисунке 1.2. Пики МФП (см. рисунок
1.2 а) при г = 1.5 соответствуют первой координационной сфере железа. Асимметричная форма данного пика указывает на сложный состав данной координационной сферы. Средний радиус первой координационной сферы железа при коррекции г на величину фазовой поправки а (0.4—0.5 А) составляет 2 А, что характерно для длин связей железа с легкими атомами. Как известно [83] максимум функции обратного рассеяния на тяжелых атомах расположен в области больших значений волновых чисел фотоэлектрона, в то время как для легких атомов эта функция имеет максимальное значение в области 2—3 А'1, а затем резко уменьшается с ростом к (см. рисунок 1.2). Поэтому Фурье-преобразование ЕХАРБ - сигнала с весовой функцией позволяет усилить вклады рассеяния на тяжелых атомах, в данном случае на атомах железа. Действительно, появление интенсивного максимума при г = 2.1 А (см. рисунок 1.2 б) только при усилении ЕХАРБ - сигнала в области больших значений волновых чисел свидетельствует о небольших концентрациях