Моделирование спектров ЭПР агрегатов металлических наночастиц

• Автор: Долотов, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 113 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА НАНОЧАСТИЦ

1.2. ФРАКТАЛЬНЫЕ АГРЕГАТЫ

2. РАССЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

2.1. ФОРМИРОВАНИЕ АГРЕГАТОВ С ФРАКТАЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ

2.2. МОДЕЛИРОВАНИЕ СПЕКТРОВ ЭПР ФРАКТАЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. РЕГУЛЯРНЫЕ ТРЁХМЕРНЫЕ ФРАКТАЛЬНЫЕ АГРЕГАТЫ МОНОДИСПЕРСНЫХ НАНОЧАСТИЦ

3.2. НЕРЕГУЛЯРНЫЕ ТРЁХМЕРНЫЕ ФРАКТАЛЬНЫЕ АГРЕГАТЫ МОНОДИСПЕРСНЫХ НАНОЧАСТИЦ

3.3. НЕРЕГУЛЯРНЫЕ ОДНО- И ДВУМЕРНЫЕ АГРЕГАТЫ МОНОДИСПЕРСНЫХ НАНОЧАСТИЦ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ ОРИЕНТАЦИИ ВНЕШНЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
3.4. НЕРЕГУЛЯРНЫЕ ТРЁХМЕРНЫЕ ФРАКТАЛЬНЫЕ АГРЕГАТЫ ПОЛИДИСПЕРСНЫХ НАНОЧАСТИЦ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
1. Алгоритм построения нерегулярного фрактального агрегата из заданной последовательности наночастиц
2. Алгоритм расчета спектров электронного парамагнитного резонанса для агрегатов полидисперсных металлических наночастиц

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
В последние годы возрос интерес исследователей к наноразмерным системам. Исследованию наноразмерных систем в настоящее время посвящено гигантское число работ. Имеются самые разнообразные методы синтеза и конструирования нанообъектов, детально рассматривается их поведение в различных системах, изучается их взаимодействие с внешними полями, разрабатываются принципиально новые методы создания наноматериалов с требуемыми свойствами.
Наметились два основных направления в изучении и практическом применении систем, размеры которых составляют от нескольких единиц до сотен нанометров. К первому направлению можно отнести исследование наноструктурированных материалов. Такие материалы образованы большим числом наночастиц, индивидуальные свойства которых проявляются опосредованным образом: изменение свойств отдельных структурных элементов материала при переходе в область нанометровых размеров обусловливает появление его новых качеств. Так, повышается прочность, пластичность, износостойкость керамик, полученных из нанометровых частиц, образуются сплавы несовместимых металлов, улучшаются электрические и магнитные свойства композитов и т.д.
Второе направление связано с изучением свойств отдельных наночастиц. В этом случае целью является как раз разработка методов получения наночастиц, позволяющих манимпулирировать ими как отдельными объектами, так и исследование свойств синтезированных наночастиц. Определенный этап в изучении свойств отдельных наночастиц был подведен в монографии [1]. После появления этой монографии и некоторого затишья в изучении свойств отдельных

наночастиц начался новый бурный рост исследований нанообъектов, пришедшийся на середину 90-х годов прошлого века.
Возродившийся интерес к наночастицам был обусловлен следующими причинами. Удалось разработать методы направленного регулирования размеров наночастиц. Более того, в настоящее время стал практически рядовым синтез наночастиц сложного строения (например, типа «ядро/оболочка»). Открылись новые возможности экспериментального изучения строения наночастиц, их электронных и оптических характеристик. Были разработаны методики, дающие возможность выделять и стабилизировать отдельные наночастицы вместе с изучением их физико-химических характеристик. Наконец, были обнаружены новые свойства наночастиц, позволяющие рассматривать их как перспективные элементы микроэлектронных устройств.
В ряде обзоров и монографий, появившихся в последнее время, подведены основные итоги исследований за последние 10-15 лет и отражены основные направления исследований наноразмерных систем [2 -11].
Промежуточными к указанным двум направлениям является изучение процессов самоорганизации наночастиц на межфазных поверхностях. Интерес к процессам самоорганизации частиц обусловлен несколькими причинами. Во-первых, исследование этих процессов позволяет глубже понять закономерности поведения наноразмерных объектов в различных ситуациях. Во-вторых, самоорганизованные ансамбли наночастиц проявляют новые и зачастую неожиданные свойства, которые, несомненно, будут использованы на практике. В-третьих, сами по себе наночастицы представляют главным образом академический интерес. Синтезируются же они с целью создания определенных устройств. Создание устройств предполагает целенаправленное размещение частиц на твердых подложках, поэтому изучение поведения наночастиц на межфазных поверхностях помимо
центра, корреляционная функция плотности будет спадать по закону (16). При смене положения начала координат изменяется только коэффициент перед выражением в правой части, но не показатель степени. Это свойство структуры фрактальных агрегатов было проверено путем численного моделирования кластеров, выращенных по модели ДКА, еще в [83]. С ним, как мы увидим ниже, связаны многие особенности физикохимических свойств фрактальных агрегатов.
Отметим, что корреляционной функции (16) соответствует интенсивность малоуглового рассеяния электромагнитного излучения на фрактальных агрегатах следующего вида
l{q)ccq'df (17)
4 7Т
где q = —sin (0/2)- вектор рассеяния, А, - длина волны излучения

угол рассеяния.
Зависимости (15) и (16) неявно предполагают, что размер агрегата является неограниченным. Однако в реальных и численных экспериментах агрегаты имеют конечный размер. По этой причине в соотношения типа (15), (16) вводится так называемая обрезающая функция. Обрезающая функция h(r) входит, например, в корреляционную функцию плотности агрегата через соотношение
C(r)oc rdf лh(r/R) (18)
Функция h(r) должна удовлетворять условиям
h(r/R)« 1, г « R,
h(r/R)-> 0, r>R.
Обрезающая функция, чтобы выполнялась фрактальная зависимость корреляционной функции от расстояния, должна стремиться к своим предельным значениям быстрее степенных функций.
Знание обрезающей функции необходимо для корректного восстановления распределения агрегатов по размерам из данных по