Отчет

Развернутый отчет (форма 503)

3.3 Коды классификатора, соответствующие содержанию фактически проделанной работы (в порядке значимости)

02-205, 02-209

3.4 Объявленные ранее цели проекта на 2013 год

Низко- и высокотемпературный синтез нанокомпозитных материалов на основе переходных 3 d-элементов и их сплавов, исследования фазового состава и физических свойств полученных образцов. Передача полученных образцов для исследования украинским коллегам.

Изучение механизмов формирования интегральных физических свойств нанокомпозитов различных типов на основе сопоставления результатов исследованиях их механических, магнитных и электрических свойств. Исследование особенностей структуры и морфологии ферромагнитных наночастиц, полученных по различным технологиям. Разработка теоретической модели.

3.5 Степень достижения поставленных в проекте целей

поставленные задачи выполнены полностью

3.6 Полученные в 2013 году важнейшие результаты

софт мэттер, жидкости, чернавский, сплавы (укр),

В ходе выполнения проекта были изучены магнитооптические свойства мультислойных структур "нанокомпозит - полупроводник" { (Co₄₀Fe₄₀B₂₀)_33.9(SiO₂)_66.1 / [Te₃Bi₂] }₁₀₁, изготовленных с помощью ионно-лучевого распыления. Такие структуры представляют собой интерес, поскольку совмещают в себе ферромагнитные и полупроводниковые свойства. Было обнаружено, что добавление промежуточного слоя Te₃Bi₂ при сохранении состава композита приводит к увеличению магнитооптического отклика (в три раза по сравнению с объемным нанокомпозитным материалом), при этом увеличение является наибольшим среди серии различных используемых промежуточных слоев (спейсеров), таких как Si, SiC и Cu. Кроме того, была установлена корреляция между зависимостью магнитооптических и магнитотранспортных свойств от толщины. Эта корреляция связана с особенностями интерфейса, формирующегося на границе "ферромагнитная гранула - полупроводник", и перколяционными процессами в мультислойной структуре.

Были изучены структурные, магнитные и транспортные свойства металлических стекол Co-Si-B, содержащих ряд сложных легирующих примесей. Проведен анализ влияния типа примеси на магнитные свойства исследовавшихся материалов.

Описана установка, обеспечивающая контроль топохимических превращений при синтезе наночастиц ферромагнитных металлов. Установка разработана на основе вибрационного магнитометра. Реактор установки обеспечивает рабочие температуры в зоне реакции от 300 до 870 К. Необходимая чувствительность достигается возможностью создания магнитного поля до 0.6 Тл. Через реактор могут пропускаться газы (смеси газов) со скоростью до 150 см³/мин. Приведены экспериментальные результаты, иллюстрирующие возможности установки. В частности, изучены динамика гидрирования CO на железонанесенных катализаторах Fe/SiO₂, кинетика реакции восстановления оксидов металлов (на примере серии переходов оксидов железа Fe₂O₃-Fe₃O₄-FeO-Fe), а также кинетика адсорбции на наночастицах ферромагнитных металлов (рассмотрен пример наночастиц никеля). Показано, что разработанная установка предоставляет широкие возможности для исследования различных материалов, содержащих ферромагнетики, в контролируемой газовой среде.

Дополнительно к работе, запланированной на 2013 год и выполненной в течение отчетного периода, при исследовании наночастиц магнитных материалов был получен ряд интересных и неожиданных результатов. В настоящее время актуальной является не только задача синтеза наночастиц и исследования их физических свойств, но и вопрос о расширении возможностей их использования в различных практических приложениях (особенно, в биомедицинских). В частности, интерес представляет собой возможность манипулирования магнитными частицами, в том числе, использующимися для изготовления композитных материалов. В ходе выполнения проекта была предложена и разработана оригинальная модель токового магнитного пинцета для осуществления передвижения частиц в магнитном поле, создаваемом электрическим током. Подобная разработка в настоящее время является уникальной и активно привлекающей внимание исследователей (о чем свидетельствует огромный интерес, который был вызван докладом по этой теме, представленным на Европейском Симпозиуме по Магнетизму участниками проекта РФФИ). Была успешно продемонстрирована возможность управления передвижениями частиц в жидком растворе под действием магнитного поля, создаваемого проводом с током. Был разработан алгоритм контроля траектории магнитных частиц. Представленная разработка может быть использована для реализации идеи использования магнитных частиц при изучении физических свойств макромолекул, органических клеток и др. биомедицинских объектов.

Другим любопытным результатом является обнаружение возможности использования отклика магнитных частиц, входящих в состав тонеров лазерных принтеров, использующихся при печати, на приложенное магнитное поле для различения и идентификации напечатанных текстов. Частицы магнитных материалов (оксиды железа, ферриты), присутствующие в порошке тонеров известных марок, обладают различными магнитными свойствами в силу отличия состава, размера, кристаллической структуры и др. параметров, поэтому магнитные характеристики элементов печатного текста, измеренные с помощью, например, магнитометрии, могут быть с успехом использованы в качестве «маркеров», помогающих идентифицировать различия между печатными документами. Таким образом, использование данных особенностей может стать довольно мощным инструментом для практических применений (криминалистика, анализ спорных документов и пр.).

3.7 Степень новизны полученных результатов

не заполнено

3.8 Сопоставление полученных результатов с мировым уровнем

не заполнено

3.9 Методы и подходы, использованные в ходе выполнения проекта (описать, уделив особое внимание степени оригинальности и новизны)

не заполнено

3.10.1.1 Количество научных работ, опубликованных в ходе выполнения Проекта (для Отчетов по продолжающимся Проектам – за 2013 год, для итоговых Отчетов – за весь период выполнения Проекта, цифрами)

3.10.1.2 Из них включенных в перечень ВАК

3.10.1.3 Из них включенных в системы цитирования (Web of Science, Scopus, Web of Knowledge, Astrophysics, PubMed, Mathematics, Chemical Abstracts, Springer, Agris, GeoRef)

3.10.1.4 Из них в соавторстве с зарубежными участниками

3.10.2 Количество научных работ, подготовленных в ходе выполнения проекта и принятых к печати в 2013 году (цифрами)

3.11 Участие в научных мероприятиях по тематике Проекта, которые проводились при финансовой поддержке Фонда (указать только количество мероприятий – цифрами)

3.12 Участие в экспедициях по тематике Проекта, которые проводились при финансовой поддержке Фонда (указать только количество экспедиций – цифрами)

3.13 Финансовые средства, полученные от РФФИ (указать общий объем, в руб.)

380000,00

3.14 Адреса (полностью) ресурсов в Интернете, подготовленных авторами по данному проекту, например, http://www.somewhere.ru/mypub.html (если адресов несколько – для них последовательно заполняются подпункты 3.14.1; 3.14.2 и т.д.)

не заполнено

3.15 Библиографический список всех публикаций по проекту за весь период выполнения проекта, в порядке значимости: монографии, статьи в научных изданиях, тезисы докладов и материалы съездов, конференций и т.д. (к отчету за второй год выполнения проекта – список публикаций за два года, к отчету за третий год выполнения проекта – список за три года)

Статьи:

1. Semisalova A.S., N.S. Perov, G.V. Stepanov, E.Yu. Kramarenko, A.R. Khokhlov. Strong magnetodielectric effect in magnetorheological elastomers. Soft Matter 9(47) (2013) pp. 11318‑11324.

2. E. Yarmoshchuk, O. Nakonechna, N. Perov, M. Semen’ko, M. Zakharenko. Magnetic and transport properties of Co-Si-B metallic glasses containing complex dopants. IEEE Transactions of Magnetics, submitted.

3. П.А. Чернавский, Б.С. Лунин, Р.А. Захарян, Г.В. Панкина, Н.С. Перов. Установка для исследования топохимических превращений наночастиц ферромагнетиков. Приборы и техника эксперимента, принято в печать.

4. И.В. Деменцова, А.С. Семисалова, Н.С. Перов, И.В. Бакеева, А. Мурадова, О.И. Наконечная, М.П. Семенько. Влияние несущей жидкости на свойства магнитореологических композитов. Вестник МГУ. Серия 3. Физика. Астрономия, направлено в печать.

Тезисы и труды в сборниках материалов конференций:

5. V.V. Samsonova, E.S. Safronova, N.S. Perov. New approaches in the design of the magnetic tweezers. Abstracts of Joint European Magnetic Symposia (JEMS 2013, 25-30 August 2013, Rhodes, Greece) p. 463.

6. N.S. Perov, N.B. Svechkina, A.S. Semisalova, P.A. Chernavskii, G.V. Pankina, V.O. Kazak. Magnetic field effect on Co nanoparticles reduction. Abstracts of Joint European Magnetic Symposia (JEMS 2013, 25-30 August 2013, Rhodes, Greece) p. 381.

7. A.S. Semisalova, V.N. Nikiforov, N.S. Perov. Magnetometry for forensic science: How to identify the origin of printed documents using magnetic inks. Abstracts of 8th International Conference on Fine Particle Magnetism (ICFPM 2013, 24-27 June 2013, Perpignan, France) p. n/a.

8. N.S. Perov, I.V. Dementsova, A.S. Semisalova, A.G. Muradova, E.V. Yurtov. Peculiarities of magnetic properties of magnetic fluids. Abstracts of Donostia International Conference on Nanoscaled Magnetism and Applications (DICNMA 2013, 9-13 September 2013, Donostia San Sebastian, Spain) p. 167.

9. N.S. Perov, M.F. Khairullin, A.S. Semisalova, I.V. Dementsova, L.A. Loginova, E.Yu. Kramarenko, G.V. Stepanov. Magnetic and electric properties of magnetic elastomers. Abstracts of V Euro-Asian Symposium “Trends in MAGnetism”: Nanomagnetism (EASTMAG-2013, 15-21 September 2013, Russky Island, Vladivostok, Russia) p. 224.

10. G.S. Zykov, E.A. Gan’shina, A.I. Novikov, Yu.E. Kalinin, A.V. Sitnikov. Amplification of Magnetooptical Response in the “Nanocomposite-Bismuth Telluride” Multilayer System. Proceedings of IC NAP 2(1) (2013) 01NFPMM04 (2pp.)

11. Деменцова И.В. Особенности ферромагнитной жидкости на основе магнетита. Сборник тезисов докладов XX международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», секция «Физика» (Ломоносов 2013, 8‑13 апреля 2013, Москва) стр. 366-367.

12. Свечкина Н.Б., Цапко А.А. Особенности магнитных свойств композитных наночастиц ферритов. Сборник тезисов докладов XX международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», секция «Физика» (Ломоносов 2013, 8‑13 апреля 2013, Москва) стр. 403‑404.

3.16 Библиографический список совместных публикаций (в соавторстве с зарубежным партнером по проекту) за весь период выполнения проекта, предшествующий данному отчету: монографии и статьи в научных изданиях с указанием импакт-фактора журнала по базе данных Web of Science(тезисы докладов и материалы съездов, конференций и т.д. не включать) (например, к отчету за второй год выполнения проекта – список публикаций за два года, к отчету за третий год выполнения проекта – список за три года)

1. И.В. Деменцова, А.С. Семисалова, Н.С. Перов, И.В. Бакеева, А. Мурадова, О.И. Наконечная, М.П. Семенько. Влияние несущей жидкости на свойства магнитореологических композитов. Вестник МГУ. Серия 3. Физика. Астрономия (ИФ 0.29), направлено в печать.

2. E. Yarmoshchuk, O. Nakonechna, N. Perov, M. Semen’ko, M. Zakharenko. Magnetic and transport properties of Co-Si-B metallic glasses containing complex dopants. IEEE Transactions of Magnetics (ИФ 1.4), submitted.

ПРОЕКТ РФФИ 13-02-90491 Укр_ф_а

Проект направлен на изучение выявление механизмов формирования свойств композитных наноматериалов.

За 2013 год был получен ряд интересных результатов.

Рис. 1. Зависимость экваториального эффекта Керра (ЭЭК) при различной толщине слоя теллурида висмута. На верхнем графике представлена зависимость сопротивления и ЭЭК от толщины спэйсера.

В мультислойных структурах, представляющих собой «сэндвич» из чередующихся слоев «нанокопозит» и «полупроводник», обнаружено увеличение магнитооптического отклика при добавлении промежуточного слоя («спэйсера») из теллурида висмута – магнитооптический эффект Керра возрастает более чем в три раза по сравнению с объемным композитом того же состава. Подобное увеличение эффекта является максимальным среди наблюдаемых при использовании спэйсеров другого типа – Si, Cu, SiC.

Разработана установка, обеспечивающая контроль топохимических превращений наночастиц, в том числе, композитных. Исследования могут проводиться в так называемом in situ режиме – наблюдения за процессом реакции и измерения происходят одновременно с топохимическими превращениями экспериментальных образцов.

Рис. 2. Пример использования разработанной установки для исследования топохимических превращений ферромагнитных наночастиц – процесс восстановления оксидов железа в серии переходов Fe₂O₃-Fe₃O₄-FeO-Fe. На рисунке представлены зависимости скорости поглощения водорода и изменения намагниченности от температуры, соответствующие переходам.

Рис. 3. Зависимость намагниченности магнитных жидкостей от концентрации магнетита. На вставке показаны электронные фотографии наночастиц магнетита, использовавшихся при изготовлении жидкостей.

При исследовании магнитных жидкостей на основе керосина и магнетита был обнаружен интересный эффект – нелинейная зависимость намагниченности от концентрации магнетита, что, вероятнее всего, связано с влиянием межчастичного взаимодействия. Полевые зависимости магнитного момента образцов близки к ланжевеновским кривым, характерным для суперпарамагнетиков, но обладают небольшой коэрцитивностью, что связано с релаксационными процессами в магнитных жидкостях.

Исследовано изменение эффективной диэлектрической проницаемости ε под действием магнитного поля (магнитодиэлектрический эффект) в так называемых «интеллектуальных» композитных материалах на основе магнитных частиц – магнитореологических эластомерах (МРЭ). Было обнаружено существенное увеличение ε под действием магнитного поля, направленного перпендикулярно плоскости конденсатора, заполненного эластомером. Проведенное моделирование и численные расчеты качественно подтверждают полученные экспериментальные результаты.

Рис. 4. а) Зависимость диэлектрической проницаемости МРЭ на основе частиц железа от внешнего магнитного поля различного направления относительно плоскости плоского конденсатора. б) Рассчитанные значения магнитодиэлектрического эффекта при увеличении внешнего магнитного поля (в приведенных значениях) для МРЭ с различной объемной концентрацией магнитного наполнителя.