Формирование, морфология и некоторые свойства микроскопических фрактальных агрегатов кобальта и серебра

• Автор: Суходолов, Алексей Борисович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 89 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Основные представления о фракталах

1.2. Методы определения фрактальной размерности

1.3. Модели и механизмы образования фрактальных структур

1.4. Методы получения твердотельных фрактальных структур

1.5. Физические свойства фрактальных структур

1.6. Использование фрактальных концепций и твердотельных фрактальных структур в научных исследованиях и практике

1.7. Выводы и постановка задачи на исследование

ГЛАВА 2 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1. Описание установки для получения металлических фрактальных агрегатов

2.2. Изучение поверхностной морфологии фрактальных агрегатов

2.3. Методика измерения намагниченности фрактальных агрегатов
2.4. Методика расчета фрактальной размерности
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Закономерности образования металлических фрактальных агрегатов и их морфология
3.2. Магнитные свойства фрактальных агрегатов кобальта
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Актуальность темы. В последние годы 20-го и в начале 21-го столетия усилился интерес к твердотельным средам с фрактальной морфологией. Фрактальные твердотельные среды, сформированные в условиях диссипации энергии в открытых системах и являющиеся, таким образом, самоорганизованными структурами, приобретают ряд необычных свойств, которые невозможно получить при традиционных способах формирования структурного состояния вещества. Самоподобие и фрактальная размерность являются характерными признаками фрактальных систем.
Фрактальные твердотельные системы образуются из атомов, кластеров или частиц наноразмерного масштаба. Наноструктурам свойственны размерные проявления, изменение плотности электронных состояний, повышение кинетической энергии носителей заряда, формирование фиксированных зарядовых состояний (квантовых точек), суперпарамагнетизм, значительное изменение магнитных свойств ферромагнетиков, обусловленное магнитным расщеплением. За счет увеличения поверхностной энергии уменьшается расстояние между атомами и атомный объем, что приводит к усилению кулоновского взаимодействия. Сформированные из наночастиц или кластеров фрактальные микро- или макроскопические структуры интересны как в изучении фундаментальных свойств, так и для использования в новых технологиях, в частности, для создания информационных средств нового поколения.
К сожалению, до сих пор не вполне определены экспериментальные условия формирования металлических фрактальных систем, поэтому целью данной работы было установление условий и параметров процесса формирования металлических фрактальных структур серебра и кобальта при

конденсации из паровой фазы в газовой среде. Кроме того, ставилась задача изучить ферромагнитные свойства фрактальных агрегатов кобальта.
Работа является частью исследований, проводимых на кафедре физики твердого тела Воронежского государственного технического университета по плану госбюджетной НИР № ГБ.2001.23 “Синтез, структура и физические свойства перспективных материалов электронной техники”.
Нель работы. Установление условий и закономерностей формирования фрактальных структур при термическом испарении и конденсации металлов в газовой среде.
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи: разработать методику получения металлических фрактальных агрегатов из газовой фазы;
провести исследование морфологических изменений в процессе формирования металлических фрактальных агрегатов;
исследовать влияние дефектов подложки на процесс формирования фрактальных агрегатов;
исследовать магнитные свойства фрактальных агрегатов кобальта. Научная новизна. В работе были получены следующие новые научные результаты:
разработана методика получения фрактальных агрегатов размером до 500 мкм в условиях термического испарения в атмосфере аргона, обеспечивающая их формирование благодаря диффузии частиц вдоль поверхности подложки, которая применима для металлов (Со, Ад, Бе, №);
выделены две стадии формирования металлических фрактальных агрегатов;
установлено, что линейные дефекты поверхности подложки являются центрами зарождения фрактальных агрегатов, последующее развитие которых происходит по механизму конкурентного роста;

Рис. 2.3. Структурная схема вибрационного магнитометра:
1 - электромагнит с эластичной пластиной; 2,13 - постоянные магниты;
3 - осциллограф; 4 — образец; 5 - подмагничивающий электромагнит;
6 - генератор сигналов специальной формы Г6-26; 7 - катушки;
8 - усилитель выносной; 9 - усилитель-преобразователь УПИ-2; 10 - шток;
11 - датчик Холла; 12 - самописец; 14 - катушка
Образец, закрепленный на штоке 10, располагали между двумя катушками 7, которые находились в зазоре электромагнита 5. Генератором 6 подавали гармонический сигнал частотой 67 Гц и амплитудой 10 В на электромагнит 1, который приводил шток 10 с образцом 4 к вертикальным гармоническим колебаниям с частотой, задаваемой генератором. Колебания штока контролировали с помощью осциллографа 3, для чего на штоке располагали катушку 14, находящуяся между неподвижными постоянными