Ученые Тверского государственного университета (ТвГУ) научились управлять наночастицами в сплаве из никеля, меди, железа и кобальта. Это открывает возможность создавать наноматериалы с заданными свойствами для электроники, медицины, сенсоров, авиации и космических технологий, сообщили ТАСС в пресс-службе университета.
Цель исследования заключалась в изучении распределения атомов никеля, меди, железа и кобальта внутри наночастиц, изменений структуры при нагреве и охлаждении, а также влияния размера частиц на их стабильность. Наночастицы, размер которых составляет всего 10–30 нанометров — меньше вируса, — демонстрируют сложные процессы: атомы разных металлов перераспределяются, формируют новые фазы и выстраиваются в устойчивые структуры, определяющие свойства материала.
В исследовании рассматривались частицы, содержащие от 2 тыс. до 10 тыс. атомов. Для анализа ученые комбинировали рентгеноструктурный метод и электронную микроскопию с элементным анализом, а также использовали компьютерное моделирование на атомном уровне — молекулярную динамику и методы Монте-Карло. Эксперимент показал, что наночастицы имеют преимущественно гранецентрированную кубическую структуру с примесью гексагональной плотноупакованной фазы (hcp). Внутри формируется устойчивая архитектура «ядро-оболочка»: медь концентрируется на поверхности (до 25–30%), никель и железо создают прочное внутреннее ядро, кобальт располагается между ними, частично в ядре, частично в оболочке.
Расчеты продемонстрировали, что с увеличением размера наночастиц растет температура плавления, снижается поверхностная энергия и меняется характер кристаллизации при быстром охлаждении. От положения атомов разных элементов напрямую зависят каталитическая активность, магнитные свойства, термическая стабильность и устойчивость к коррозии.
Наносплавы на основе этих исследований открывают новые возможности для эффективных катализаторов в химической промышленности, магнитных наночастиц для медицины и электроники, сенсоров и датчиков, высокоэнтропийных сплавов для авиации, космоса и энергетики, а также компонентов перспективных электронных и квантовых устройств. И.о. ректора ТвГУ Дмитрий Беспалов отметил, что работа демонстрирует высокий уровень фундаментальных и прикладных исследований университета в области материаловедения и нанофизики, а изучение процессов на атомном уровне прокладывает путь к технологиям будущего.
Читайте также:
Источник: tass.ru