Магнітні характеристики нанокомпозитів складу вуглець-нікель
Nanocomposite particles (NCP) structure of "core-shell" composition Ni @ C were obtained by the method of pyrolytic polymer-salt systems on the basis of phenol-formaldehyde and nickel acetate. It has been shown that nanoparticles (NPs) Ni is a single-domain, the magnetization curve...
Gespeichert in:
| Datum: | 2016 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2016
|
| Online Zugang: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/621 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Surface |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Surface| _version_ | 1869291776049676288 |
|---|---|
| author | Abramov, N. V. Gorbyk, P. P. Bogatyrev, V. M. |
| author_facet | Abramov, N. V. Gorbyk, P. P. Bogatyrev, V. M. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "N. V. Abramov",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "P. P. Gorbyk",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "V. M. Bogatyrev",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
}
] |
| author_sort | Abramov, N. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2019-02-11T11:48:15Z |
| description | Nanocomposite particles (NCP) structure of "core-shell" composition Ni @ C were obtained by the method of pyrolytic polymer-salt systems on the basis of phenol-formaldehyde and nickel acetate. It has been shown that nanoparticles (NPs) Ni is a single-domain, the magnetization curve is shaped NCP characteristic superparamagnets and its settlements within the framework of the theory of Langevin paramagnetism in satisfactory agreement with the experimental results. It found a method based on magnetic granulometry model "core-shell" that lognormal distributed Ni NP size and have an average diameter (5 - 8) nm. It was calculated the value of the low surface Ni layer thickness with non-collinear with respect to volume, the magnetic moments. Еnsembles surface depending on the specific saturation magnetization was found and the specific area NCP of the average thickness of the carbon shell. |
| doi_str_mv | 10.15407/Surface.2016.08.223 |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:36Z |
| format | Article |
| fulltext |
Поверхность. 2016. Вып. 8(23). С. 223–235 223
УДК 544.72
МАГНІТНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАНОКОМПОЗИТІВ
СКЛАДУ ВУГЛЕЦЬ-НІКЕЛЬ
М.В. Абрамов, П.П. Горбик, В.М. Богатирьов
Інститут хімії поверхні ім. О. О. Чуйка Національної академії наук України,
вул. Генерала Наумова, 17, Київ, 03164, Україна, e-mail: abramovnv@rambler.ru
Піролітичним методом із полімер-сольових систем на основі фенол-формальдегіду і
ацетату нікелю отримані нанокомпозитні частинки (НКЧ) структури типу «ядро-оболонка»
складу Ni@C. Показано, що наночастинки (НЧ) Ni є однодоменними, крива намагнічування НК
частинок Ni має форму характерну для суперпарамагнетиків і її розрахунки в рамках теорії
парамагнетизму Ланжевена задовільно узгоджуються з експериментальними результатами.
Методом магнітної гранулометрії на основі моделі «ядро–оболонка» знайдено, що НЧ Ni
розподілені логнормально за розмірами, характеризуються середнім діаметром (5 – 8) нм.
Розраховано значення товщини поверхневого шару НЧ Ni з неколінеарними, відносно об’ємних,
магнітними моментами. Знайдено і порівняно з експериментальними результатами
залежності питомої намагніченості насичення і питомої площі поверхні ансамблів НКЧ від
середньої товщини вуглецевої оболонки.
Вступ
Перехідний метал нікель виявляє достатньо виразні магнітні та каталітичні
властивості [1, 2]. Нанокомпозити (НК) Ni застосовують для зручного і ефективного
синтезу важливих біологічних і фармакологічних сполук [3], для магнітного біокаталізу
[4], біомолекулярного поділу [5], біосенсорів [6] та ін. Є повідомлення про синтез і
мікрохвильові властивості нових голкоподібних НЧ Ni у вигляді радіальних конусів
діаметрами 30–50 нм висотою 150–300 нм [7], НЧ Ni з тетрагональною кристалічною
структурою, відмінною від звичайної ГЦК [8], гексагональних НЧ Ni [9], конічних
нанострижнів Ni [10], трикутних і шестикутних нанолистів [11] і наноланцюгів Ni [12]
тощо.
Синтез НЧ Ni проводять методами напилення [13, 14], тліючого розряду [15],
імпульсної лазерної абляції [16], обернених міцел [17], термічного розкладу [18–21],
мокрого хімічного відновлювання [22, 23] та ін. НЧ металів, капсульовані у вуглецеву
оболонку, викликають великий інтерес у зв'язку з перспективами їх використання при
створенні нових матеріалів для техніки і медицини [24]. Інертне вуглецеве покриття
частинок відкриває можливість їх медичних застосувань як біосумісних і нетоксичних
засобів діагностики і терапії новоутворень [25]. В роботі [26] була виявлена висока
каталітична активність метал-вуглецевих НК, ймовірно, обумовлена структурним і
електронним станом вуглецевої оболонки і металевого ядра [27 – 29]. Можна
відзначити кілька публікацій, в яких міститься інформація про різні способи синтезу
наночастинок 3d-металів, покритих вуглецем (дуговий спосіб, розкладання карбонілів,
метод самозаймистого синтезу та ін.) [30–35]. Не можна не згадати перші роботи щодо
отримання капсульованих у вуглець НЧ, в тому числі магнітних частинок, методом
Кратчмера [36, 37].
В нашій роботі досліджені магнітні властивості ансамблів НЧ нікелю,
капсульованих у вуглецеві оболонки. За формою кривих намагнічування визначено
розподіл за розмірами НЧ нікелю в ансамблі НКЧ структури «ядро-оболонка» («core-
shell»), а також товщину поверхневого шару НЧ Ni з неколінеарними відносно
об’ємних магнітними моментами. За експериментальними даними питомої
намагніченості насичення розраховано вміст НЧ Ni в композиті. На основі дослідних
224
значень питомої поверхні ансамблів нанокомпозитів знайдена закономірність зміни
товщини оболонки вуглецю в залежності від діаметра НЧ Ni та її густина.
Мета роботи – вивчення структурних і магнітних властивостей феромагнітних
наночастинок Ni, а також нанокомпозитів на їх основі.
Ідея спонтанного (самовільного) намагнічення належить П. Вейсу [38]. Вона
дала змогу пояснити факт спонтанного формування доменної структури в масивних
феромагнітних кристалах [39, 40]. Конфігурація та розмір доменів в конкретному
зразку визначається умовою мінімуму його повної вільної енергії [41]. Уявлення про те,
що малі частинки феромагнетика повинні бути однодоменними, було сформульовано
Френкелем і Дорфманом в роботі [42]. Кількісні неточності цієї роботи були вказані і
виправлені в роботах Кіттеля [43], Нееля [44], Стонера і Вольфарта [45, 46].
Фундаментальний внесок у теорію однодоменності вніс Є.І. Кондорський [47, 48].
Шляхом вирішення варіаційної задачі йому вдалося строго обгрунтувати можливість
існування однодоменної структури при кінцевих розмірах частинок феромагнетика і
коректно визначити критичні розміри однодоменних частинок еліпсоїдальної форми.
Кондорський ввів також поняття про абсолютну однодоменність. Останнє означає, що
частинка залишається однодоменною не тільки в нульовому зовнішньому полі, а й
впродовж всього процесу перемагнічування. Прямим продовженням праць
Кондорського стали роботи В.Брауна (молодшого) (William Fuller Brown, Jr.). Останній
вичерпно вирішив питання про визначення межі абсолютної однодоменності. В. Браун
показав [49], що сукупність нестійких мод еліпсоїдальної частинки може бути описана
як набір власних функцій деякої крайової задачі на власні значення. Подальший
розвиток теорія отримала в роботах Фрея, Аароні, Стрікмена та ін. [50–57]. Із теорії
мікромагнетизму випливає, що існують принаймні три характерних розміри, які
визначають поведінку магнітних моментів всередині частинки. Перший – це радіус
однодоменності, нижче якого при відсутності зовнішнього поля стан з однорідною
намагніченостю має вільну енергію меншу, ніж будь-який інший стан з яким би то не
було неоднорідним розподілом намагніченості. Другий – це радіус абсолютної
однодоменності (R0), нижче якого стан однорідної намагніченості не може бути
зруйнований зовнішнім магнітним полем в процесі перемагнічування частинки. За
умови слабкої кристалографічної анізотропії (K << Ms
2, де К – константа
кристалографічної анізотропії, Ms – намагніченість насичення) абсолютно
однодоменними будуть частинки з радіусом [47]
1
2
0
0
0,95 10
s R
cA
R R
J a N
, (1)
де R0 – радіус абсолютно однодоменної частинки, NR – розмагнічуючий фактор
однодоменного еліпсоїда уздовж малої осі (для сфери NR = 4π / 3, для сильно
витягнутого еліпсоїда NR = 2π), a0 – параметр гратки, с = ½, 1, 2 – для простої кубічної,
ОЦК і ГЦК граток відповідно, A – обмінна енергія (вважали A = kBθf/5 [59]), θf –
феромагнітна точка Кюрі.
Третім розміром є радіус суперпарамагнітної поведінки частинки (Rb). Цей
параметр залежить від температури системи. Якщо частинка має розміри менші, ніж
цей радіус, то визначальний вплив на напрямок її повного магнітного моменту надають
теплові флуктуації.
Характерний час теплових флуктуацій (τN) магнітного моменту однодоменної
частинки з одноосною анізотропією за умови KV/kBT ≥ 1 визначається формулою Нееля
[61], яка була перевірена експериментально [62–63],
0 exp( / ),N eff BK V k T (2)
225
де τ0 = const = 10-9 … 10-13 с у першому наближенні характерний час ларморівської
прецесії магнітного. моменту частинки в ефективному зовнішньому полі, Keff –
ефективна константа анізотропії, V – об’єм частинки, kB – постійна Больцмана, Т –
температура.
З огляду на експоненціальний характер залежності τN від V/T, було введено
поняття температури блокування Tb [64], при якій виконується умова τm = τN , і об’єму
блокування Vb для суперпарамагнітного стану [65, 66]:
0ln
eff
b
B m
K V
T
k
(3)
0ln
,B m
b
eff
k T
V
K
(4)
де τm – час вимірювання магнітної характеристики.
При τ0 = 10-9 с τm = 100 с з рівняння (13) знаходимо значення критичний діаметр
переходу до суперпарамагнітного стану:
1
3
6
2 25,3B
b b
eff
k T
D R
K
(5)
В табл. 1 наведені магнітні параметри і розраховані значення діаметрів
абсолютно однодоменних частинок заліза, нікелю, кобальту і магнетиту і їх критичні
(блоковані) діаметри переходу до суперпарамагнітного стану за кімнатної температури
при τ0 = 10-9 с і τm = 100 с. Наприклад, частинка нікелю у формі сильно витягнутого (b ≥
10a) еліпсоїда обертання у полі прикладеному уздовж його малої осі (а) буде
абсолютно однодоменною за умови, що її екваторіальний діаметр менший за 49,5 нм.
Сферична частинка нікелю абсолютно однодоменна при D < 60,7 нм і
суперпарамагнітна за умови D < 24,3 нм і Keff =2|K1| (зі зменшенням розмірів значення
ефективної константи анізотропії, як правило, збільшується за рахунок, у тому числі,
зростання поверхневої анізотропії).
Таблиця 1. Діаметри абсолютно однодоменних частинок і критичні діаметри переходу
до суперпарамагнітного стану деяких феро- і феримагнетиків різної форми
при T = 300 K.
Елем
ент,
з'єдн
ання
Js
*
, гс ϴf, °K K1
**,
105
эрг⋅с
м-3
|K1|/J
s
2
A,
10-14
эрг
c a0
***, нм D0
(розрахуно
к за (1)),
нм
Db
(розрах..
за (5), Keff
=2|K1|), нм
Fe 1714 1043 4,6 0,15 2,88 1 (ОЦК) 0,2866 17,2
(NR=4π/3)
14,1****)(NR
= 2π)
11,6
Co 1422 1604 41 2,02 4,42 a=0,2505
c=0,4089
- - ˶ -
- - ˶ -
5,6
Ni 484,1 631 -0,5 0,21 1,74 2 (ГЦК) 0,3524 60,7 - ˶ -
49,5 - ˶ -
24,3
Fe3O
4
477,5 858 -1,0 0,43 2,36 2 (ГЦК) 0,8397 46,5 - ˶ -
37,9 - ˶ -
19,3
* Js – намагніченість насичення, ** перша константа кристалографічної анізотропії,
*** постійна гратки, **** екваторіальний діаметр.
226
Матеріали та методи
Розміри (DTEM) і форму частинок в зразках вивчали методом просвічуючої
електронної мікроскопії (ПЕМ) на приладі Transmission Electron Microscope JEOL 2010.
Питому площу поверхні зразків (Ssp) визначали за термодесорбцією азоту на
приладі KELVIN 1042 фірми "COSTECH Instruments".
Петлі гістерезису магнітного моменту зразків вимірювали за допомогою
лабораторного вібраційного магнітометра фонерівского типу при кімнатній
температурі. Опис установки і методика вимірювань викладені в [69]. Вимірювали
спеціально підготовлені, розмагнічені зразки. Для порівняння використовували
тестований зразок нікелю. Похибка вимірювання питомої намагніченості насичення (σs)
щодо тестованого зразка не перевищувала 2,5%.
Результати та обговорення
Розрахунок розподілу за розмірами ядер Ni в композитах, товщини їх
поверхневого шару з неколінеарними магнітними моментами
Методом магнітної гранулометрії [70], який ґрунтується на зіставленні
експериментальної і ланжевенівської кривих намагнічування при заданих законах
розподілу частинок за розмірами і їх магнітних параметрах, зокрема намагніченості
насичення матеріалу частинок і товщини розмагніченого шару, по експериментальній
кривій намагнічування НКЧ знаходили розподіл за розмірами НЧ Ni. Для аналізу
кривих намагнічування застосовували відоме рівняння [71, 72]
3 3
1
3
1
( 2 ) ( 2 )
6( )
,
bulkk
s
i i iNCP
i B
kNCP
s
i i
i
M H
n D L D
k TH
n D
(6)
де σNCP(H), σs
NCP – питома намагніченість НКЧ у прикладеному полі напруженостю H,
питома намагніченість насичення НКЧ, відповідно, Ms
bulk – намагніченість насичення
масивного кристалу нікелю, Di, ni – середній діаметр і кількість НЧ Ni в i-му інтервалі
варіаційного ряду діаметрів; k – кількість інтервалів; ε – товщина поверхневого шару НЧ
нікелю з неколінеарними магнітними моментами; L(ξ) ≡ cthξ – 1/ξ – функція Ланжевена;
kB – постійна Больцмана; T – температура.
В роботі [73] було показано, що для ансамблів наночастинок магнетиту типу
«ядро–оболонка», за умови знаходження ядер в суперпарамагнітному стані, формула (6)
практично однозначно зв'язує розподіл за розмірами з формою гістерезисної кривої.
На рис. 1 показані петлі гістерезису зразків С@ Ni-46, С@ Ni-27, а також
теоретична залежність σNCP(H), отримана за формулою (6) для НЧ Ni-46 з
логнормальним (формула (7)) розподілом за розмірами з параметрами: M(lnD) = 2,1,
σlnD = 0,35. Тоді, M(D) = exp[M(lnD) + (σlnD)2/2] = 8,2 нм [74]. За розрахунками частинки
Ni з D < 24,3 нм за кімнатної температури знаходяться у суперпарамагнітному стані
(табл. 1). Полігон частот діаметрів НЧ Ni-46 зображений на рис. 3б. Намагніченість
насичення масивного нікелю при 20°C Ms
bulk = 484,1 гс [75], товщину поверхневого
шару НЧ нікелю з неколінеарними магнітними моментами ε вважали рівною значенню
постійної гратки нікелю (а0 = 0,3520 нм). Суміщення кривих свідчить про збіг
експериментальних і заданих параметрів.
227
-15 -10 -5 0 5 10 15
-6
-4
-2
0
2
4
6
,
г
с
см
3 / г
(
ко
м
п)
H, кЕ
1
2 3
Рис. 1. 1, 2 – експериментальні
точки петель
гістерезису зразків
С@Ni-27 і С@Ni-46,
відповідно. 3 - крива,
отримана за формулою
(6) для НЧ нікелю зразка
C@Ni-46 з
логнормальним
(формула (7))
розподілом за розмірами
з параметрами: M(lnD) =
2,1, σlnD = 0,35.
Таблиця 2. Магнітні характеристики композиційних НЧ .
Зразок Hc, Е σ (10 кЕ), Гс·см3/г σs,
Гс·см3/гσlnD
’
C@Ni-27 171 ± 2,5 % 4,39 ± 2,5 % 4,52 ± 2,5 %
C@Ni-46 145 ± 2,5 % 1,23 ± 2,5 % 1,27 ± 2,5 %
Розподіл за розмірами НК частинок структури ядро@оболонка, середня
товщина оболонки
На рис. 2 представлено ПЕМ зображення ансамблю НКЧ C@Ni-46 і модель НКЧ
діаметром DNCP = D + 2ε + 2δ, де D, ε, δ – діаметр НКЧ, ε - товщина сферичного
поверхневого шару НЧ нікелю з неколінеарними магнітними моментами, δ – товщина
сферичної вуглецевої оболонки, відповідно. Статистичний аналіз ПЕМ зображень
здійснювали за допомогою функції густини ймовірності логнормального розподілу:
2
2
ln
ln (ln )
2
ln
1
( )
2
NCP NCP
NCPD
NCP
D M D
NCP
NCP
D
p D e
D
, (7)
де M(lnDNCP), σlnD
NCP
– математичне очікування та середньоквадратичне відхилення
(с.к.в.) логарифма діаметра НКЧ, відповідно.
а
б
Рис. 2. a – ТЕМ зображення НКЧ C@Ni-46, б – модель НКЧ.
Позначення: D – діаметр НЧ нікелю, ε – товщина поверхневого шару НЧ нікелю з
неколінеарними магнітними моментами, δ – товщина вуглецевої оболонки НКЧ.
228
На рис. 3а зображено гістограму экспериментального (exper) і полігон частот
теоретичного (theor) (розрахованого за формулою (7)), розподілу за розмірами НКЧ
ансамблю C@Ni-46.
0 30 60 90 120
0,0
0,1
0,2
0,3
exper
theor
D*, нм
p(
D
* )
0,0
0,1
0,2
f(D
*)
а
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
re
la
tiv
e
fr
e
q
u
e
n
cy
A (nm)
relative frequency
б
Рис. 3. Густина ймовірності: а – логнормального (3,73, 0,47) розподілу НКЧ зразка
C@Ni-46 у вигляді гістограми даних ТЕМ (exper) і полігону (theor)
(розрахованого за формулою (7)), б – логнормального (2,11, 0,35) розподілу НЧ
Ni-46, який задовольняє теоретичну (формула (6), рис. 1 кр. 3) польову
залежність M(H).
Експериментальні характеристики ансамблів НКЧ, отримані шляхом
статистичної обробки ТЕМ зображень зразків C@Ni-27 і C@Ni-46, наведено в табл. 3.
Таблиця 3. Статистичні параметри ансамблів НКЧ, НЧ нікеля і вуглецевої оболонки
Зразок N DNCP
0, нм D0, нм δ0, нм (lnDNCP’)0 σlnD
NCP
C@Ni-27 146 19,31 5,44 6,935 2,96 0,19
C@Ni-46 101 40,37 7,75 16,31 3,73 0,47
N – об'єм вибірки, DNCP
0, D0, δ0, (lnDNCP’)0, σlnD
NCP
– середні значення діаметра НКЧ,
діаметра НЧ нікеля, товщини вуглецевої оболонки, логарифм діаметра НКЧ, с.к.в.
логарифма діаметра НКЧ, відповідно.
Розраховані статистичні параметри НЧ Ni-46 наведено в табл. 4. Гістограма
обчисленого розподілу за розмірами НЧ Ni-46 з параметрами M(lnD) = 2,11, σlnD = 0,35
представлена на рис. 3б.
Таблиця 4. Розраховані статистичні параметри ансамблів НЧ Ni, значення середньої
товщини вуглецевої оболонки ансамблів НКЧ та експериментальні дані
питомої площі поверхні НКЧ зразків
Ансамбль N D0, нм σD , нм (lnD)0 σlnD δ0, нм Ssp, м
2/г
C@Ni-27 146 5,44 1,17 1,69 0.20 6,58 279
C@Ni-46 101 7,75 2,58 2,11 0,35 16,24 155± 1 %
Залежності питомої намагніченості насичення і питомої площі поверхні
ансамблю НК частинок від середньої товщини вуглецевої оболонки
Дослідження магнітних характеристик, зокрема намагніченості насичення (Ms)
монодисперсних ансамблів наночастинок Ni діаметром 12, 22, 100 нм і масивного
нікелю при температурах 10 – 300 К [76], показало, що при зменшенні розміру
частинок до 12 нм величина Ms зменшується майже в два рази в порівнянні з масивним
нікелем. Питома намагніченість насичення (σs = Ms/ρ) масивного кристалу нікелю при
229
20°С становить 54,39 Гс·см3/г (emu/g) [75]. Коерцитивна сила (Hc) ансамблю частинок
нікелю c D0 ~ 20 нм, розподілених в матриці парафіну з об'ємною долею сv = 0,06 [77],
становить ~ 90 Е (7,2 кА/м). Критичний розмір однодоменності (Dcr) для частинок Ni
при 300 К складає ~ 62 нм, Hc ~ 300 Е [78]. Залежність коерцитивної сили наночастинок
нікелю від їх розміру при кімнатній і гелієвій температурі досліджували в [79]. Згідно з
оглядом [80], критичний діаметр переходу до однодоменного стану наночастинок Ni
при Т = 300 К становить 85 нм, критичний діаметр переходу до суперпарамагнітного
стану – 30 нм. Зменшення намагніченості наночастиок щодо масивного матеріалу, яке
спостерігається в більшості експериментів пояснюють, зазвичай, розорієнтацією
магнітних моментів [81, 82]. Вважається, що однодоменна частинка намагнічена
однорідно (колінеарно), окрім поверхневого шару товщиною ε, магнітні моменти
атомів якого не є колінеарними.
Аналіз літературних експериментальних даних дозволяє знайти аналітичний
вираз теоретичного наближення залежності питомої намагніченості насичення НЧ Ni
від її діаметра:
( ) 40,3 exp( / 24,2) 54,6s D D . (8)
0 30 60 90 120
20
30
40
50
s
г
с
см
3 /
г
D
0
, нм
Рис. 4. Теоретичне наближення залежності
питомої намагніченості насичення від
середнього діаметра частинок нікелю
в ансамблях. Дані експериментальних
точок: (□) – взяті з [35], (○) –
результат, взятий з [36]. Аналітична
залежність σs(D0) виражена формулою
(8).
Намагніченість речовини в однорідному магнітному полі (позначається літерою
J для матеріалів з одною магнітною підграткою і літерою M для матеріалів з більшим
числом підграток) визначається як відношення магнітного моменту (μ) малого об’єму
(ΔV) до цього об’єму: M = μ/ΔV. Питома намагніченість (σ) визначається як σ = М/ρ, де
ρ – густина матеріалу. Середню питому намагніченість насичення ансамблю не
взаємодіючих НКЧ, за умови нехтування діамагнетизмом вуглецевої оболонки (питома
магнітна сприйнятливість графіту при Т = 289 К складає –3,0 10-6 см3/г [75]), запишемо
у вигляді;
3
Ni Ni 1
31
1
( )
1
( 2 )
i
k
NCP i i s ik
NCP s NCP NP NP i
s i i s k
iNCP NCP NCP NCP NCP NCP NCP NCP
i i
i
Dp D
M
p V M
V V V
p D
, (9)
де значення pi знаходимо за формулою (7), значення σs(Di) – за формулою (8), середню
густину ансамблю <ρNCP> - за формулою (11), яку отримували наступним чином.
Густину i-ї НКЧ представляли через густини НЧ Ni і вуглецевої оболонки:
3
Ni( )
2
NCP i
i NP sh sh
i
D
D
. (10)
230
Тоді середня густина ансамблю НКЧ буде складати:
3
Ni
1
( ) 1 2
k
NCP
NP sh i sh
i i
p
D
(11)
Середнє значення питомої поверхні ансамблів НКЧ розраховували за формулою:
2
1
3
1
( 2 )
6 ,
( 2 )
k
i i
NCP i
sp k
NCP
i i
i
p D
S
D
(12)
де ρi
NCP розраховували за формулою (10).
Залежності питомої намагніченості насичення (рис. 5а) і питомої площі поверхні
(рис. 5б) ансамблю C@Ni-27 і C@Ni-46 від середньої товщини вуглецевої оболонки
розраховані за формулами (9) - (12) при ρNPNi = 8,9 г/см³, ρsh = 0,9 г/см³ і середньому
розмірі НЧ нікелю <D> = 5,4 нм для ансамблю C@Ni-27 і <D> = 7,8 нм для ансамблю
C@Ni-46. Експериментальні точки позначені зірочками.
4 6 8 10 14 16 18 20
0
2
4
6
8
10
s ,
гс
с
м
3 /
г
(к
ом
п)
0
, нм
C@Ni-27
C@Ni-46
<D> = 5,4 нм
<D> = 7,8 нм
а
2 4 6 8 10 14 16 18 20 22
150
200
250
300
S
п
ит
, м
2 / г
0
, нм
C@Ni-46
C@Ni-27
<D> = 5,4 нм
<D> = 7,8 нм
б
Рис. 5. Залежність питомої намагніченості насичення (а), питомої площі поверхні (б)
ансамблю C@Ni-27 і C@Ni-46 від середньої товщини вуглецевої оболонки.
Зірочками зображено експериментальні точки.
Висновки
Піролітичним методом з полімер-сольових систем на основі фенол-
формальдегіду і ацетату нікелю отримані композити C@Ni-27 і C@Ni-46, які
складались з нанокомпозитних частинок структури «нікель-вуглець» з вмістом нікелю
27 % (мас.) і 46 % (мас.). Питома поверхня композитів C@Ni-27 і C@Ni-46 становила
279 і 155 м2/г, середні розміри наночастинок Ni ≈ 5 і ≈ 8 нм, відповідно. Методом
магнітної гранулометрії показано, що НЧ Ni в композиті розподілені логнормально,
товщина їх магнітонеактивного шару (ε) дорівнює приблизно постійній кристалічної
гратки Ni. За кімнатної температури НЧ Ni в композитах знаходяться у
суперпарамагнітному стані. Шляхом аналізу літературних експериментальних даних
знайдено залежність σs(D) (формула (8)). За розподілом за розмірами НКЧ і НЧ Ni
знайдено середню товщину вуглецевої оболонки в ансамблях НКЧ. Знайдено
залежності питомої намагніченості насичення і питомої площі поверхні ансамблів НКЧ
231
від середньої товщини вуглецевої оболонки. Встановлено, що згідно з дослідними
даними питомої намагніченості насичення, питомої поверхні і середньої товщини
вуглецевої оболонки при її густині ≈ 0,9 г/см3, експериментальні точки з точністю ≈ 2,5
% задовольняють знайденим закономірностям.
Література
1. Feygenson M, Kou A, Kreno LE, Tiano AL, Patete JM, Zhang F, Kim MS, Solovyov V,
Wong SS, Aronson MC: Properties of highly crystalline NiO and Ni nanoparticles
prepared by high-temperature oxidation and reduction. Phys Rev B 2010, 81: 014420.
2. Baudouin D, Rodemerck U, Krumeich F, de Mallmann A, Szeto KC, Ménard H, Veyre
L, Candy JP, Webb PB, Thieuleux C, Copéret C: Particle size effect in the low
temperature reforming of methane by carbon dioxide on silica-supported Ni
nanoparticles. J. Catal. 2013, 297: 27–34.
3. Khurana JM, Yadav S: Highly monodispersed PEG-stabilized Ni nanoparticles:
proficient catalyst for the synthesis of biologically important spiropyrans. Aust J
Chem 2012, 65: 314–319. 10.1071/CH11444
4. Bussamara R, Eberhardt D, Feil AF, Migowski P, Wender H, de Moraes DP, Machado
G, Papaléo RM, Teixeira SR, Dupont J: Sputtering deposition of magnetic Ni
nanoparticles directly onto an enzyme surface: a novel method to obtain a magnetic
biocatalyst. Chem Commun 2013, 49: 1273–1275. 10.1039/c2cc38737a
5. Lee KB, Park S, Mirkin CA: Multicomponent magnetic nanorods for biomolecular
separations. Angew Chem Int Ed 2004, 43: 3048–3050. 10.1002/anie.200454088
6. Kalita P, Singh J, Singh MK, Solanki PR, Sumana G, Malhotra BD: Ring like self
assembled Ni nanoparticles based biosensor for food toxin detection. Appl Phys
Lett 2012, 100: 093702. 10.1063/1.3690044View ArticleGoogle Scholar
7. Ma F, Huang JJ, Li JG, Li Q: Microwave properties of sea-urchin-like Ni
nanoparticles. J Nanosci Nanotechnol 2009, 9: 3219–3223. 10.1166/jnn.2009.051
8. Roy A, Srinivas V, Ram S, Chandrasekhar-Rao TV: The effect of silver coating on
magnetic properties of oxygen-stabilized tetragonal Ni nanoparticles prepared by
chemical reduction. J Phys Condens Matter2007, 19: 346220. 10.1088/0953-
8984/19/34/346220
9. García-Cerda LA, Bernal-Ramos KM, Montemayor SM, Quevedo-López MA,
Betancourt-Galindo R, Bueno-Báques D: Preparation of hcp and fcc Ni and Ni/NiO
nanoparticles using a citric acid assisted pechini-type method. J Nanomater 2011. doi:
10.1155/2011/162495 doi: 10.1155/2011/162495
10. Ma F, Ma J, Huang JJ, Li JG: The shape dependence of magnetic and microwave
properties for Ni nanoparticles. J Magn Magn Mater 2012, 324: 205–209.
10.1016/j.jmmm.2011.08.013
11. Leng YH, Wang YT, Li XG, Liu T, Takahashhi S: Controlled synthesis of triangular
and hexagonal Ni nanosheets and their size-dependent
properties. Nanotechnology 2006, 17: 4834–4839. 10.1088/0957-4484/17/19/009
12. Chen WM, Zhou W, He L, Chen CP, Guo L: Surface magnetic states of Ni nanochains
modified by using different organic surfactants. J Phys Condens Matter 2010, 22:
126003. 10.1088/0953-8984/22/12/126003
13. Akamaru S, Inoue M, Honda Y, Taguchi A, Abe T: Preparation of Ni nanoparticles on
submicron-sized Al2O3powdery substrate by polyhedral-barrel-sputtering technique and
their magnetic properties. Jpn J Appl Phys 2012, 51: 065201.
14. Maicas M, Sanz M, Cui H, Aroca C, Sánchez P: Magnetic properties and morphology
of Ni nanoparticles synthesized in gas phase. J Magn Magn Mater 2010, 322: 3485–
3489.
15. Saito G, Hosokai S, Akiyama T, Yoshida S, Yatsu S, Watanabe S: Size-controlled Ni
nanoparticles formation by solution glow discharge. J Phys Soc Jpn 2010, 79: 083501.
10.1143/JPSJ.79.083501
232
16. Kalita P, Singh J, Singh MK, Solanki PR, Sumana G, Malhotra BD: Ring like self
assembled Ni nanoparticles based biosensor for food toxin detection. Appl Phys
Lett 2012, 100: 093702. 10.1063/1.3690044
17. Calandra P: Synthesis of Ni nanoparticles by reduction of NiCl2 ionic clusters in the
confined space of AOT reversed micelles. Mater Lett 2009, 63: 2416–2418.
10.1016/j.matlet.2009.08.016
18. Gonzalez I, De-Jesus JC, Cañizales E, Delgado B, Urbina C: Comparison of the surface
state of Ni nanoparticles used for methane catalytic decomposition. J Phys Chem
C 2012, 116: 21577–21587. 10.1021/jp302372rView ArticleGoogle Scholar
19. Choo S, Lee K, Jo Y, Yoon SM, Choi JY, Kim JY, Park JH, Lee KJ, Lee JH, Jung MH:
Interface effect of magnetic properties in Ni nanoparticles with a hcp core and fcc shell
structure. J Nanosci Nanotechnol2011, 11: 6126–6130. 10.1166/jnn.2011.4488
20. Kotoulas A, Gjoka M, Simeonidis K, Tsiaoussis I, Angelakeris M, Kalogirou O,
Dendrinou-Samara C: The role of synthetic parameters in the magnetic behavior of
relative large hcp Ni nanoparticles. J Nanopart Res2011, 13: 1897–1908.
10.1007/s11051-010-9941-2
21. Carroll KJ, Ulises-Reveles J, Shultz MD, Khanna SN, Carpenter EE: Preparation of
elemental Cu and Ni nanoparticles by the polyol method: an experimental and
theoretical approach. J Phys Chem C 2011, 115: 2656–2664. 10.1021/jp1104196
22. Bala T, Gunning RD, Venkatesan M, Godsell JF, Roy S, Ryan KM: Block copolymer
mediated stabilization of sub-5 nm superparamagnetic nickel nanoparticles in an
aqueous medium. Nanotechnology 2009, 20: 415603. 10.1088/0957-4484/20/41/415603
23. Yamauchi Y, Itagaki T, Yokoshima T, Kuroda K: Preparation of Ni nanoparticles
between montmorillonite layers utilizing dimethylaminoborane as reducing
agent. Dalton Trans 2012, 41: 1210–1215. 10.1039/c1dt11395j
24. I.K Herrmann, R.N Grass, and W.J Stark High-strength metal nanomagnets for
diagnostics and medicine: carbon shells allow long-term stability and reliable linker
chemistry//Nanomedicine, 2009, V. 4, No. 7, P. 787-798 (doi: 10.2217/nnm.09.55).
25. Y. Xu, M. Mahmood, Z. Li, E. Dervishi, S. Trigwell, V.P. Zharov, N. Ali, V. Saini,
A.R. Biris, D. Lupu, D. Boldor, A.S. Biris Cobalt nanoparticles coated with graphitic
shells as localized radio frequency absorbers for cancer therapy//Nanotechnology 19,
435102 (2008).
26. Е.С. Локтева, С.А. Качевский, А.О. Туракулова, Е.В. Голубина, В.В. Лунин, А.Е.
Ермаков, М.А. Уймин, А.А. Мысик Гидродехлорирование хлорбензола в паровой
фазе в присутствии нанокомпозитов металл–углерод на основе никеля, палладия и
железа Журнал физической химии. — 2009. — Т. 83, № 8. — С. 1463–1470.
27. V.R. Galakhov, A. Buling, M. Neumann, N.A. Ovechkina, A.S. Shkvarin, A.S.
Semenova, M.A. Uimin, A.Ye. Yermakov, E.Z. Kurmaev, O.Y. Vilkov, D.W.
Boukhvalov. J. Phys. Chem. C 115, 24615 (2011).
28. A.Ye. Yermakov, D.W. Boukhvalov, M.A. Uimin, E.S. Lokteva, A.V. Erokhin, N.N.
Shchegoleva. Chem. Phys. Chem. Chem. Phys. Chem. 14, 381 (2013).
29. В.Р. Галахов, С.Н. Шамин, Е.М. Миронова, М.А. Уймін, А.Е. Єрмаков, Д.В.
Бухвалов. Письма в ЖЭТФ 96, 794 (2012).
30. B. David, N. Pizúrová, O. Schneeweiss, P. Bezdi cka, I. Morjan,R. Alexandrescu. J.
Alloys Comp. 378, 112 (2004).
31. H. Zhang. J. Phys. Chem. Solids 60, 1845 (1999). M. Bystrzejewski, A. Huczko, H.
Lange, S. Cudzilo, W. Kici' nski. Diamond Related Mater. 16, 225 (2007).
32. H. Zhang. J. Phys. Chem. Solids 60, 1845 (1999). M. Bystrzejewski, A. Huczko, H.
Lange, S. Cudzilo, W. Kici' nski. Diamond Related Mater. 16, 225 (2007).
33. Z.H. Wanga, Z.D. Zhang, C.J. Choi, B.K. Kim. J. Alloys Comp. 361, 289 (2003).
34. H. Tokoro, S. Fujii. J. Appl. Phys. 99, 08Q512 (2006).
35. X.L. Dong, Z.D. Zhang, Q.F. Xiao, X.G. Zhao, Y.C. Chuang, S.R. Jin, W.M. Sun, Z.J.
Li, Z.X. Zheng, H. Yang. J. Mater. Sci. 33, 1915 (1998).
233
36. S.A. Majetich, J.O. Artman, M.E. VcHenry, N.T. Nuhfer, S.W. Staley. Phys. Rev. B 48,
16845 (1993).
37. J. Henry, J. Scott, S.A. Majetiich. Phys. Rev. B 52, 12564 (1995).
38. Weiss. J. phys. 6, 667 (1907).
39. Kittel C., Physical theory of ferromagnetic domains. // Rev. Mod. Phys., 1949, Vol.21,
№ 4, P.541–583.
40. Malozemoff A.P., Slonczewski J.C., Magnetic domain wall in buble materials,
Academic Press. New York, London, Toronto, sydney, San Francisco, 1979. Перевод:
Малоземов А., Слонзунски Дж., Доменные стенки в материалах с
цилиндрическими магнитными доменами, М. Мир, 1982, 382 с.
41. Вонсовский С.В., Магнетизм, М.: Наука. 1971. 1031 с.
42. Frenkel J., Dorfman J., Spontaneous and induced magnetization in ferromagnetic
bodies. // Nature, 1930, Vol.126, P.274–275.
43. Kittel C., Theory of the structure of ferromagnetic domains in films and small particles.
// Phys. Rev., 1946, Vol.70, P.965–971.
44. Néel L., Propriétés d’un ferromagnétique cubique en grains fins. // Compt. Rend., 1947,
Vol.224, P.1488–1490.
45. Stoner E.C., Wohlfarth E. P., Interpretation of high coercivity in ferromagnetic
materials. // Nature, 1947, Vol.160, P.650.
46. Stoner E.C., Wohlfarth E. P., A mechanism of magnetic hysteresis in heterogenous
alloys. // Phil. Trans., 1948, Vol.A240, P.599–644.
47. Кондорский Е., Природа высокой коэрцитивной силы мелкодисперсных
ферромагнетиков и теория однодоменной структуры. // Изв. АН СССР, сер. физ.,
1952, T.16, №4, С.398–411.
48. Кондорский Е., Микромагнетизм и перемагничивание квазиоднодоменных
частиц. // Изв. АН СССР, сер. физ., 1978, T.42, №8, С.1638–1645.
49. Brown W.F., Criterion for uniform micromagnetization. // Phys. Rev., 1957, Vol.105,
№5, P.1479–1482.
50. Frei E.H., Shtrikman S., Treves D., Critical size and nucleation field of ideal
ferromagnetic particles. // Phys. Rev., 1957, Vol.106, №3, P.446–455.
51. Aharoni A., Frei E.H., Shtrikman S., Theoretical approach to the asymmetrical
magnetization curve. // J. Appl. Phys., 1959, Vol.30, №12, P.1956–1961.
52. Aharoni A., Complete eigenvalue spectrum for the nucleation in ferromagnetic prolate
spheroid. // Phys. Rev., 1964, Vol.131, №4, P.1478–1482.
53. Aharoni A., Magnetization curling. // Phys. Stat. Sol., 1966, Vol.16, №3, P.1– 42.
54. Stapper C.H., Micromagnetic solutions for ferromagnetic spheres. // J. Appl. Phys.,
1969, Vol.40, №2, P.798–802.
55. Eisenstein I., Aharoni A., Magnetization curling in a sphere. // J. Appl. Phys., 1976,
Vol.47, №1, P.321–328.
56. Aharoni A., Magnetization buckling in a prolate spheroid. // J. Appl. Phys., 1986,
Vol.60, №3, P.1118–1123.
57. Aharoni A., Introduction to the Theory of Ferromagnetism, Clarendon Press, Oxford,
1996, 315 p.74 – 81.
58. Губин С.П., Кокшаров Ю.А., Хомутов Г.Б., Юрков Г.Ю. Магнитные наночастицы:
методы получения, строение и свойства // Успехи химии – 2005. – Т. 74. – № 4. –
С. 539 – 574.
59. Петров А.Е., Костыгов А.Н., Петинов В.И. Магнитные свойства малых
сферических частиц железа в области 4,2–300К // ФТТ. – 1973. – Т. 15. – № 10.– С.
2927–2931.
60. Горбик П.П., Мищенко В.Н., Абрамов Н.В., Трощенков Ю.Н., Усов Д.Г.
Магнитные свойства наночастиц Fe3O4 полученных методом химической
конденсации и твердофазным синтезом // Химия, физика и технология
234
поверхности: Межвед. Сб. Науч. Тр. Ин–т химии поверхности им. А.А. Чуйко НАН
Украины2010;.– К.:Наукова думка,.– Вып. 16. – С. 165–176.
61. Néel L. Influence of thermal fluctuations on the magnetization of ferromagnetic small
particles // C. R. Acad. Science – 1949. — V. 228. — № 6. — P. 664–668.
62. Weil L. J. Chem. Phys., 1954, v. 17, p. 263.
63. Wohlfarth E.P. J. Phys. F: Met. Phys., 1980, v. 10, p. L241.
64. Néel L. Théorie du traînage magnétique des ferromagnétiques en grains fins avec
applications aux terres cuites // Ann. Géophys. – 1949. - V. 5. P. 99–136.
65. Krishnan K.M. Nanomagnetism and spin electronics: materials, microstructure and
novel properties/ K.M. Krishnan, A.B. Pakhomov, Y. Bao, P. Blomqvist, Y. Chun, M.
Gonzales, K. Griffin, X. Ji, B.K. Roberts // J. Mater. Sci. – 2006. – V. 41, № 3. – P.
793–815.
66. Вонсовский С.В., Магнетизм, М.: Наука. 1971. 1031 с.
67. Scherrer P. Bestimmung der Grosse und der inneren Struktur von Kolloidteilchen
mittels Rontgenstrahlen // Nachr. Ges. Wiss. Gottingen, Math.–Phys. Kl. – 1918. –Bd.
2.–S. 98–100.
68. Оранская Е. И., Горников Ю. И., Фесенко Т. В. Автоматизированная методика
определения средних размеров кристаллитов поликристаллических твердых тел //
Заводск. лаборатория. – 1994. – Т. 60, №1 – С. 28.
69. Борисенко Н.В., Богатырев В.М., Дубровин И.В., Абрамов Н.В., Гаевая М.В.,
Горбик П.П. Синтез и свойства магниточуствительных нанокомпозитов на основе
оксидов железа и кремния // Сборник трудов под ред. академика НАН Украины
А.П. Шпака и профессора П.П. Горбика “Физико–химия наноматериалов и
супрамолекулярных структур” – 2007. – К.: Наукова думка. – Т. 1, С. 394–406.
70. Bean, C.P. and Jacobs I.S. Magnetic granulometry and super-paramagnetism. Journal of
Applied Physics. – 1956. – V. 27. P. 1448–1452.48
71. Kaiser R., Miscolezy G. Magnetic properties of staible dispertions of subdomain
magnetic particles // Journal of Applied Physics. - 1970 .- Vol.1, N3.- P. 1064-1072.
72. Бибик Ε.Ε., Μатыгуллин Б.Я., Ρайхср Ю.Л., Шлиомис Μ.И. Статические
магнитные свойства коллоидов магнетита // Магнит. гидродин. – 1973. - № 1, 68.
73. A.L. Petranovska, N.V. Abramov, S.P. Turanska, P.P. Gorbyk, A.N. Kaminskiy, N.V.
Kusyak. Adsorption of cis-dichlorodiammineplatinum by nanostructures based on
single-domain magnetite. J Nanostruct Chem (2015) 5:275–285.
http://link.springer.com/article/10.1007/s40097-015-0159-9?wt_mc=alerts.TOCjournals
74. Математична статистика. Під ред. А. М. Довжина, М., «Вища. школа ».- 1975. 398
с.38
75. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И. К. Кикоина. М.,
Атомиздат, 1976, 1008 с.
76. Yao Y.D., Chen Y.Y., Hsu C.M. Thermal and magnetic studies of nanocrystalline Ni //
Nanostruct. Mater. 1995. - V. 6. - № 5-8. - Р. 933-936.
77. Петров А.Е., Петинов В.И. Шевченко В.В. Магнитные свойства малых
аэрозольных частиц никеля в области 4,2-300К // ФТТ. – 1972. - Т. 14. - № 10.- С.
3031-3036.
78. Непийко С.А. Физические свойства малых металлических частиц. К.: Наукова
думка, 1989. -246 с.
79. A.E. Ermakov, O.A. Ivanov, Ya.S. Shur, R.M. Grechishkin, G.V. Ivanova Magnetic
properties of single-crystal Ni powders, FIZIKA METALLOV METALLOVEDENIE.
– 1972. - V. 33, Iss. 3, P. 558-563.
80. Krishnan K.M. Nanomagnetism and spin electronics: materials, microstructure and
novel properties/ K.M. Krishnan, A.B. Pakhomov, Y. Bao, P. Blomqvist, Y. Chun, M.
Gonzales, K. Griffin, X. Ji, B.K. Roberts // J. Mater. Sci. – 2006. – V. 41, № 3. – P.
793–815.
235
81. S.Gangopadhyay, G.C.Hadjipanayis, B.Dale, C.M.Sorensen, K.J.Klabunde,
V.Papaefthymiou, A.Kostikas Magnetic properties of ultrafine iron particles // Phys.
Rev. B 45, 9778 (1992).
82. M.P. Morales, S. Veintemillas-Verdaguer, M.I. Montero, C.J. Serna, A. Roig, L.l.
Casas, B. Martı´nez, and F. Sandiumenge Surface and Internal Spin Canting in γ-Fe2O3
Nanoparticles // Chem. Mater. 1999, 11, 3058-3064.
МАГНИТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАНОКОМПОЗИТОВ СОСТАВА
УГЛЕРОД-НИКЕЛЬ
Н.В. Абрамов, П.П. Горбик, В.М. Богатырёв
Институт химии поверхности им. А. А. Чуйко Национальной академии наук Украины,
ул. Генерала Наумова, 17, Киев 03164, Украина, abramovnv@rambler.ru
Пиролитическим методом из полимер-солевых систем на основе фенол-
формальдегида и ацетата никеля полученные нанокомпозитные частицы (НКЧ)
структуры «ядро-оболочка» состава Ni@C. Показано, что наночастицы (НЧ) Ni
является однодоменными, кривая намагничивания НКЧ имеет форму характерную для
суперпарамагнетиков и ее расчеты в рамках теории парамагнетизма Ланжевена
удовлетворительно согласуются с экспериментальными результатами. Методом
магнитной гранулометрии на основе модели «ядро-оболочка» найдено, что НЧ Ni
распределены логнормально по размерам и характеризуются средним диаметром (5 -
8) нм. Рассчитаны значения толщины поверхностного слоя НЧ Ni с неколлинеарными,
относительно объемных, магнитными моментами. Найдены зависимости удельной
намагниченности насыщения и удельной площади поверхности ансамблей НКЧ от
средней толщины углеродной оболочки. и сравнены с экспериментальными
результатами.
MAGNETIC PROPERTIES OF CARBON-NICKEL NANOCOMPOSITES
N.V. Abramov, P.P. Gorbyk, V.M. Bogatyrev
Chuiko Institute of Surface Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine,
17 General Naumov Str., 03164 Kyiv, Ukraine abramovnv@rambler.ru
Nanocomposite particles (NCP) structure of "core-shell" composition Ni @ C were
obtained by the method of pyrolytic polymer-salt systems on the basis of phenol-formaldehyde
and nickel acetate. It has been shown that nanoparticles (NPs) Ni is a single-domain, the
magnetization curve is shaped NCP characteristic superparamagnets and its settlements
within the framework of the theory of Langevin paramagnetism in satisfactory agreement with
the experimental results. It found a method based on magnetic granulometry model "core-
shell" that lognormal distributed Ni NP size and have an average diameter (5 - 8) nm. It was
calculated the value of the low surface Ni layer thickness with non-collinear with respect to
volume, the magnetic moments. Еnsembles surface depending on the specific saturation
magnetization was found and the specific area NCP of the average thickness of the carbon
shell.
|
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-621 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T17:16:09Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | surfacezbircomua/0d/23586ed2116e7bffc83f26254afdad0d.pdf |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-6212019-02-11T11:48:15Z Magnetic properties of carbon-nickel nanocomposites Магнитные характеристики нанокомпозитов состава углерод-никель Магнітні характеристики нанокомпозитів складу вуглець-нікель Abramov, N. V. Gorbyk, P. P. Bogatyrev, V. M. Nanocomposite particles (NCP) structure of "core-shell" composition Ni @ C were obtained by the method of pyrolytic polymer-salt systems on the basis of phenol-formaldehyde and nickel acetate. It has been shown that nanoparticles (NPs) Ni is a single-domain, the magnetization curve is shaped NCP characteristic superparamagnets and its settlements within the framework of the theory of Langevin paramagnetism in satisfactory agreement with the experimental results. It found a method based on magnetic granulometry model "core-shell" that lognormal distributed Ni NP size and have an average diameter (5 - 8) nm. It was calculated the value of the low surface Ni layer thickness with non-collinear with respect to volume, the magnetic moments. Еnsembles surface depending on the specific saturation magnetization was found and the specific area NCP of the average thickness of the carbon shell. Пиролитическим методом из полимер-солевых систем на основе фенол-формальдегида и ацетата никеля полученные нанокомпозитные частицы (НКЧ) структуры «ядро-оболочка» состава Ni@C. Показано, что наночастицы (НЧ) Ni является однодоменными, кривая намагничивания НКЧ имеет форму характерную для суперпарамагнетиков и ее расчеты в рамках теории парамагнетизма Ланжевена удовлетворительно согласуются с экспериментальными результатами. Методом магнитной гранулометрии на основе модели «ядро-оболочка» найдено, что НЧ Ni распределены логнормально по размерам и характеризуются средним диаметром (5 - 8) нм. Рассчитаны значения толщины поверхностного слоя НЧ Ni с неколлинеарными, относительно объемных, магнитными моментами. Найдены зависимости удельной намагниченности насыщения и удельной площади поверхности ансамблей НКЧ от средней толщины углеродной оболочки. и сравнены с экспериментальными результатами. Піролітичним методом із полімер-сольових систем на основі фенол-формальдегіду і ацетату нікелю отримані нанокомпозитні частинки (НКЧ) структури типу «ядро-оболонка» складу Ni@C. Показано, що наночастинки (НЧ) Ni є однодоменними, крива намагнічування НК частинок Ni має форму характерну для суперпарамагнетиків і її розрахунки в рамках теорії парамагнетизму Ланжевена задовільно узгоджуються з експериментальними результатами. Методом магнітної гранулометрії на основі моделі «ядро–оболонка» знайдено, що НЧ Ni розподілені логнормально за розмірами, характеризуються середнім діаметром (5 – 8) нм. Розраховано значення товщини поверхневого шару НЧ Ni з неколінеарними, відносно об’ємних, магнітними моментами. Знайдено і порівняно з експериментальними результатами залежності питомої намагніченості насичення і питомої площі поверхні ансамблів НКЧ від середньої товщини вуглецевої оболонки. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2016-10-06 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/621 10.15407/Surface.2016.08.223 Surface; No. 8(23) (2016): Surface; 223-235 Поверхность; № 8(23) (2016): Поверхность; 223-235 Поверхня; № 8(23) (2016): Поверхня; 223-235 3154-8091 3154-8083 10.15407/Surface.2016.08 uk https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/621/621 Авторське право (c) 2016 N.V. Abramov, P.P. Gorbyk, V.M. Bogatyrev |
| spellingShingle | Abramov, N. V. Gorbyk, P. P. Bogatyrev, V. M. Магнітні характеристики нанокомпозитів складу вуглець-нікель |
| title | Магнітні характеристики нанокомпозитів складу вуглець-нікель |
| title_alt | Magnetic properties of carbon-nickel nanocomposites Магнитные характеристики нанокомпозитов состава углерод-никель |
| title_full | Магнітні характеристики нанокомпозитів складу вуглець-нікель |
| title_fullStr | Магнітні характеристики нанокомпозитів складу вуглець-нікель |
| title_full_unstemmed | Магнітні характеристики нанокомпозитів складу вуглець-нікель |
| title_short | Магнітні характеристики нанокомпозитів складу вуглець-нікель |
| title_sort | магнітні характеристики нанокомпозитів складу вуглець-нікель |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/621 |
| work_keys_str_mv | AT abramovnv magneticpropertiesofcarbonnickelnanocomposites AT gorbykpp magneticpropertiesofcarbonnickelnanocomposites AT bogatyrevvm magneticpropertiesofcarbonnickelnanocomposites AT abramovnv magnitnyeharakteristikinanokompozitovsostavauglerodnikelʹ AT gorbykpp magnitnyeharakteristikinanokompozitovsostavauglerodnikelʹ AT bogatyrevvm magnitnyeharakteristikinanokompozitovsostavauglerodnikelʹ AT abramovnv magnítníharakteristikinanokompozitívskladuvuglecʹníkelʹ AT gorbykpp magnítníharakteristikinanokompozitívskladuvuglecʹníkelʹ AT bogatyrevvm magnítníharakteristikinanokompozitívskladuvuglecʹníkelʹ |