Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Влияние стабилизирующей полимерной матрицы на размер, состав и магнитные свойства наночастиц кобальта Войциховская Светлана Анатольевна

Влияние стабилизирующей полимерной матрицы на размер, состав и магнитные свойства наночастиц кобальта
<
Влияние стабилизирующей полимерной матрицы на размер, состав и магнитные свойства наночастиц кобальта Влияние стабилизирующей полимерной матрицы на размер, состав и магнитные свойства наночастиц кобальта Влияние стабилизирующей полимерной матрицы на размер, состав и магнитные свойства наночастиц кобальта Влияние стабилизирующей полимерной матрицы на размер, состав и магнитные свойства наночастиц кобальта Влияние стабилизирующей полимерной матрицы на размер, состав и магнитные свойства наночастиц кобальта Влияние стабилизирующей полимерной матрицы на размер, состав и магнитные свойства наночастиц кобальта Влияние стабилизирующей полимерной матрицы на размер, состав и магнитные свойства наночастиц кобальта Влияние стабилизирующей полимерной матрицы на размер, состав и магнитные свойства наночастиц кобальта Влияние стабилизирующей полимерной матрицы на размер, состав и магнитные свойства наночастиц кобальта Влияние стабилизирующей полимерной матрицы на размер, состав и магнитные свойства наночастиц кобальта Влияние стабилизирующей полимерной матрицы на размер, состав и магнитные свойства наночастиц кобальта Влияние стабилизирующей полимерной матрицы на размер, состав и магнитные свойства наночастиц кобальта
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Войциховская Светлана Анатольевна. Влияние стабилизирующей полимерной матрицы на размер, состав и магнитные свойства наночастиц кобальта: диссертация ... кандидата химических наук: 02.00.01 / Войциховская Светлана Анатольевна;[Место защиты: Кубанский государственный университет].- Краснодар, 2015.- 132 с.

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1 Аналитический обзор 10

1.1 Методы получения наноразмерных частиц металлов 10

1.1.1 Физические методы получения наноразмерных частиц металлов 12

1.1.2 Химические методы получения наноразмерных частиц металлов 15

1.1.3 Получение наноразмерных частиц d - металлов разложением 19

металлоорганических соединений

1.1.3.1 Термическое разложение металлсодержащих соединений в 21

растворах

1.1.3.2 Термическое разложение в газовой фазе 25

1.1.3.3 Термическое разложение под действием ультразвука. Сонолиз 26

1.1.4 Стабилизация наночастиц металлов 28

1.2 Свойства наноразмерных частиц металлов 34

1.2.1 Роль свободных поверхностей наноразмерных частиц 37

1.2.2 Магнитные характеристики наночастиц металлов 42

1.3 Применение магнитных наночастиц d-металлов в полимерных 49

матрицах

1.4 Методы исследования магнитных композитных полимерных 53

материалов

1.4.1 Рентгенофазовый анализ (РФА) 53

1.4.2 Рентгеновская спектроскопия поглощения EXAFS 55

1.4.3 Электронная микроскопия 60

1.4.4 Метод ферромагнитного резонанса (ФМР) 65

Глава 2. Экспериментальная часть 71

2.1 Исходные вещества 71

2.1.1 Очистка и «абсолютирование» толуола 72

2.2. Синтез сополимеров акриловой кислоты с этилметакрилатом. Получение нанокомпозитных кобальтсодержащих материалов на их основе

2.2.1 Получение тонкопленочных композитных полимерных материалов

2.3 Установление состава, изучение свойств полученных нанокомпозитных полимерных материалов

2.3.1 Рентгеновская спектроскопия поглощения EXAFS и рентгеновская дифракция

2.3.2 Электронная микроскопия 78

2.3.3 Исследование термической стабильности магнитных нанокомпозитных полимерных материалов

2.3.4 Ферромагнитный резонанс магнитных кобальтсодержащих полимерных материалов

Глава 3 Результаты и их обсуждение 83

3.1 Исследование кристаллической структуры и локально-атомного строения наночастиц кобальта в нанокомпозитных полимерных материалах

3.2 Исследование наокомпозитных материалов методом электронной микроскопии

3.3 Исследование термической стабильности 101

3.4 Исследование нанокомпозитных материалов методом 109

ферромагнитного резонанса

Выводы 115

Список использованных источников

Физические методы получения наноразмерных частиц металлов

Существует и постоянно расширяется спектр методов, которые используются для получения нано- и микрочастиц. В первую очередь, это прямые методы механохимического дробления, конденсация из газовой фазы, плазмохимические методы, а так же процессы конденсации при сверхнизких температурах, некоторые варианты химического, фотохимического и радиационного восстановления, лазерное испарение. Способы, использующие водную среду для синтеза, удобны, благодаря способности воды к солюбилизации различных ионов и стабилизирующих молекул. К ним относятся восстановление ионов металлов с помощью электромагнитного излучения, сонохимии или химических восстановителей. классификацию. Всю совокупность существующих методов можно разделить на wet chemistry (т.е. химию, использующую жидкие компоненты) и dry processes (т.е. процессы с применением плазменного разряда или использующие синтез нужного продукта или полупродукта в пламени, а также вследствие испарения материала под действием лазера в очень коротком фемтосекундном диапазоне) [20].

Дисперсные металлсодержащие системы, вплоть до коллоидных, получают путем механического или акустического (ультразвукового) диспергирования грубодисперсных частиц. Методы механического диспергирования используются значительно реже. Это связано со сложностью их получения [21].

Конденсационные методы получили в последние годы более широкое распространение и продолжают совершенствоваться. В них осуществляется «сборка» наноразмерных частиц из отдельных атомов металла в ходе фазового превращения. Эти методы можно подразделить на физические и химические [22].

Основу физических способов получения металлических, оксидных и других наночастиц составляют фазовые превращения первого рода в отсутствие химических реакций.

Формирование зародышей новой фазы может происходить в различных условиях, в результате переохлаждения, пересыщения (превышения предела растворимости). В основе химических способов получения материалов на основе наночастиц металлов лежат химические превращения, но при этом образование новой фазы из исходных соединений все же связано с таким физическим процессом, как фазовый переход. Наиболее распространенными химическими методами получения наноразмерных частиц металлов являются различные способы пиролиза не слишком термически устойчивых металлсодержащих соединений, таких как гидриды, карбонилы, азиды, формиаты, оксалаты и другие соли предельных и непредельных органических кислот, металлоорганические соединения, а также различные варианты криохимического синтеза и плазмохимические методы [23]. Распростаненным методом синтеза наноразмерных частиц является метод восстановления соединений металлов [16]. Большое распространение имеют и методы гетерогенного восстановления в системах «газ – твердое тело», например, восстановление водородом и водородсодержащими соединениями. Эти методы получения наноразмерных частиц наиболее эффективны, когда нет возможности осуществить восстановление в растворах (несовместимость восстанавливаемого соединения и продуктов со средой, недостаточная или плохая его растворимость и т.п.).

Для получения магнитных частиц можно использовать большинство существующих методов. Существенной особенностью синтеза магнитных наночастиц является получение частиц заданного размера и формы - разброс по размерам должен быть контролируемым и не превышающим 10%. Контроль формы и возможность синтеза анизотропных магнитных структур особенно важны. Для исключения или значительного уменьшения межчастичных взаимодействий магнитные наночастицы необходимо изолировать друг от друга путем их иммобилизации в объеме стабилизирующей инертной матрицы или на поверхности носителей. Практическая методика синтеза должна быть относительно простой, недорогостоящей и давать воспроизводимые результаты.

При разработке магнитных материалов часто возникает необходимость получения наночастиц сложного состава - разнообразных ферритов, сложных сплавов и т.д. В этих случаях набор методов синтеза значительно уменьшается. Например, при термическом испарении соединений со сложным элементным составом в паровой фазе часто происходит нарушение стехиометрии, что приводит к образованию других веществ, а при синтезе из атомных пучков не удается достичь гомогенного распределения элементов на подложке. При механохимических методах диспергирования порошков также нарушается (иногда очень существенно) их фазовый состав [4, 24].

Физические методы, в отличие от химических и физико-химических методов, не предполагают образования новых соединений из прекурсоров в ходе химических реакций, хотя при росте наноструктур новые химические связи образуются.

К физическим методам можно отнести различные способы испарения с последующим контролем роста в инертной атмосфере и стабилизацией наночастиц, ионно-лучевую эпитаксию, различные разновидности литографии, механический помол и механохимический синтез, газофазное компактирование, ультазвуковое диспергирование макроскопических частиц в растворах, плазменное напыление (плазменное, анодное, магнетронное и т.д. в зависимости от способа создания газовой среды, осаждаемой на подложку или уносимую из зоны реакции), контролируемая кристаллизация, пластическая деформация, методы лазерного испарения и т.д. Современные литографические технологии позволяют получать полупроводниковые транзисторы размером около 45 нм. Оптическая литография основывается на монослое коллоидных кристаллов, является легким, недорогим и эффективным мтодом изготовления двумерных узоров наноструктур с высокой управляемостью и воспроизводимостью, широко используется для печати электронных схем. В настоящее время оптическая литография применяется в формировании поверхности и объемных структур в микрометровом и нанометровом масштабе. В голографической литографии используется нескольких последовательных лазерных лучей для создания периодических структур на субмикронном уровне, которые могут проявлять свойства фотонных кристаллов. Простой подход, экономическая эффективность и скорость производства являются перспективными для техники, а созданные фотонные кристаллы и дифракционные решетки имеют высокий потенциал для использования в медицинских и технологических приложениях. Электронно-лучевая литография является специализированной техникой для создания тончайших узоров ( 50 нм). Эта технология обладает высоким разрешением, является гибким методом, который может работать с различными материалами, но на несколько порядков медленнее, чем оптическая литография, а также предполагает дорогостоящее и сложное оборудование.

Стабилизация наночастиц металлов

Методом термического разложения оксалатов меди (II) CuC2O42H2O, никеля (II) NiC2O42H2O, кобальта (II) CoC2O42H2O были получены наноструктурированные порошки металлов Cu, Ni, Co и их оксидов. Термолиз оксалатов происходит в интервале 260–365С.

При нагревании оксалатов в атмосфере воздуха основными продуктами их разложения являются оксиды соответствующих металлов. Содержание металлов повышается, если проводить термическое разложение оксалатов в собственных газообразных продуктах разложения. Получены субмикронные и наноструктурированные порошки меди, никеля и кобальта (0,5–4 мкм) при термическом разложении соответствующих оксалатов [48].

Термическое разложение металлсодержащих соединений может осуществляться двумя путями:

1. Используется раствор «активного» полимера (содержащего амино-, амидо-, имино-, нитрило-, гидрокси- и другие функциональные группы). В инертном растворителе к раствору полимера постепенно прибавляют разлагаемое соединение металла, при этом создаются благоприятные условия для взаимодействия между ними, и термически разлагают при температуре 100 - 170С.

2. Используется «пассивный» полимер, который реагирует с исходным комплексом металла только после потери им хотя бы одного. Постепенное прибавление к раствору такого полимера (например, полистирол, полибудатиен, сополимеры стирола и бутадиена и др.) в инертном растворителе исходного комплекса при соответствующей температуре приводит к отщеплению лиганда, связыванию анионного комплекса с пассивным полимером и последующему термическому разложению.

Основные растворители и высокие температуры способствуют связыванию карбонилов металлов полимерами. При этом стабильные коллоидные дисперсии (например, железа, 5-10 нм) получаются при термолизе карбонилов в разбавленных полимерных растворах. Наноразмерные частицы такого типа весьма реакционноспособны, частицы с размером 10 нм — суперпарамагнитны, а размером 10-20 нм - проявляют магнитный гистерезис.

В растворителях с низкой диэлектрической проницаемостью (например, в толуоле) варьирование температуры реакции, концентрации реагентов, а также состава полимера (например, терсополимер метилметакрилат—этилакрилат—винилпирролидон) позволяет управлять размерами частиц Со (от 2 до 30 нм с узким размерным интервалом).

В частности, термолиз Fe(CO)5 в ксилольном растворе цис-полибутадиена либо блок-сополимера стирола и бутадиена (408 К, 24 ч, в атмосфере аргона) протекает через ряд последовательных стадий и приводит к образованию звеньев трикарбонил(диен)железа [C8H12Fe(CO)3]n.

В работе [4] описан двустадийный термолиза Fe(CO)5. Сперва при 100оС из Fe(CO)5 и олеиновой кислоты, по мнению авторов, получают железо-олеатный комплекс, а затем при 300оС из него образуются первичные «рыхлые» наночастицы (4-11 нм), которые после прогрева при 500оС, по данным рентгенофазового анализа, превращаются в хорошо окристаллизованные наночастицы -железа.

В работе [49] при термолизе макромолекулярных комплексов состава [Co(CH2=CHCONH2)4](NO3)2 2H2O получены нанокомпозиты содержащие сферические наночастицы Co со средним размером 5-9 нм. Обнаружено, что при различных температурах термолиза могут формироваться структуры «ядро – оболочка» разного состава. Так при температуре Т = 634оС ядро состоит из ферромагнитного кобальта, а оболочка представляет собой сопряженную полимерную цепь. При более высоких температурах образуются частицы, покрытые карбидной фазой (по данным рентгенофазового анализа).

Термическое разложение в неполярных растворителях, таких как эфиры, триоктиламин, октадецен, 1-гексадецен, орто-дихлорбензол и т.д., позволяет получать магнитные нанокристаллы с узким распределением частиц по размерам. Использование ПАВ в качестве стабилизаторов делает магнитые наночастицы и нанокристаллы более легко растворимыми в органических растворителях, таких как гексан, хлороформ, толуол и т.п.

Нанокристаллы -Fe2O3 (6,7±1,4 нм) были получены методом «горячего впрыска», т.е. исходный раствор комплекса металла быстро вводили в горячий растворитель (триоктиламин) при 300С с последующим кипячением при 225С. В качестве стабилизатора использовался октиламин. Распределение частиц по размерам составило менее 10%.

По этой же методике были получены монодисперсные нанокристаллы -Fe2O3 (4-11 нм) из пентакарбонила железа Fe(CO)5 с применением олеиновой кислоты в качестве стабилизатора. Полученные нанокристаллы имеют узкое распределение по размерам (около 5%). Изменяя соотношение Fe(CO)5 и стабилизатора были получены более крупные частицы не -Fe2O3, а Fe3O4 (19 нм).

Изменяя условия синтеза, например, меняя растворитель или стабилизатор, концентрации исходных веществ, можно управлять размером получаемых магнитных частиц – от 6 до 50 нм. Присутствие аминов и спиртов в качестве активирующих реагентов наоборот приводит к образованию более мелких частиц.

Термическое разложение в полярных растворителях позволяет получать те же нанокристаллы оксида железа размером 5±1,2 нм [50].

Термолизом Co2(CO)8 в среде аргона в присутствии Al(C8H17)3 в качестве стабилизатора (растворитель – толуол) были получены магнитные частицы кобальта с размером частиц 10±1,1 нм. Было показано, что природа стабилизатора оказывает существенное влияние на стабильность и структуру образующихся наночастиц и присутствие органоических соединений алюминия позволяет управлять размером образующихся наночастиц кобальта [51].

Синтез сополимеров акриловой кислоты с этилметакрилатом. Получение нанокомпозитных кобальтсодержащих материалов на их основе

Исследование локального атомного строения наночастиц кобальта в полимерных матрицах проводилось методом рентгеновской спектроскопии поглощения EXAFS.

Размерные характеристики наночастиц кобальта в зависимости от количества вводимого Сo2(CO)8 и от состава полимерных матриц исследовались методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии.

Изучение влияния температуры на структуру и свойства наночастиц Со в полимерных матрицах при температурах 300С, 400С, 600С, 700С, 800С, 900С, 1000С, 1100С проводилось вакуумной термообработко полученных материалов.

Для изучения магнитных свойств, определения эффективной намагниченности образцов и порога перколяции полученных нанокомпозитных материалов применялся метод ферромагнитного резонанса (ФМР).

Рентгеновская спектроскопия поглощения EXAFS и рентгеновская дифракция Методом рентгеновской спектроскопии поглощения EXAFS и рентгеновской дифракции была изучена кристаллическая и локальная атомная структура наночастиц кобальта в нанокомпозитных полимерных материалах (таблица 3).

Рентгеновские К -края поглощения кобальта получены в режиме пропускания на EXAFS -спектрометре станции «Структурного материаловедения» в Курчатовском синхротронном центре (г. Москва). Энергия электронного пучка, который использовался в качестве источника рентгеновского синхротронного излучения, была 2.5 ГэВ при токе 80-100 мА. Для монохроматизации рентгеновского излучения использовался двухкристальный Si(III) монохроматор.

Обработка полученных спектров осуществлялась путем стандартных процедур выделения фона, нормирования на величину скачка К- края и выделения атомного поглощения \хо [130], после чего проводилось Фурье-преобразование полученных EXAFS (х)-спектров в интервале волновых векторов фотоэлектронов k от 2.5 A"1 до 13.0 A1 с весовой функцией к3. Пороговая энергия ионизации Ео выбиралась по значению максимума первой производной К- края и, в дальнейшем, варьировалась при подгонке. Точные значения параметров структуры ближайшего окружения атомов кобальта в соединениях определены путем нелинейной подгонки параметров соответствующих координационных сфер (КС) при сопоставлении рассчитанного EXAFS-сигнала (хш) и выделенного из полного EXAFS-спектра (Xdata) методом Фурье-фильтрации. Указанная нелинейная подгонка производилась с использованием пакета программ IFFEFIT-1.2.11 [131]. Необходимые для построения модельного спектра фазы и амплитуды рассеяния фотоэлектронной волны рассчитывались с использованием программы FEFF7 [132], с использованием атомных координат модельных соединений - металлического кобальта и оксида кобальта.

Число параметров, варьируемых при многосферной подгонке, во всех случаях не превышало числа независимых параметров Nind, которое можно достоверно определить из данного EXAFS-спектра в заданных интервалах Ак и Аr, которое определяется по формуле 4: Nmd=(2ArAk/7i)+l (4) где, Ак - анализируемая область EXAFS-спектра в пространстве волновых векторов фотоэлектрона, Аг - область R-пространства, в которой проводиться Фурье-фильтрация.

В процессе подгонки минимизировалась функция (5) : где Npts - количество точек в подгоняемой области. Абсолютное значение среднеквадратичного отклонения между модельным и экспериментальным спектрами определялось 9ї-фактором, который рассчитывался по формуле 6: Рентгеновская дифракция. Дифрактограммы образцов были измерены на станции «Структурное материаловедение» Курчатовского источника синхротронного излучения в геометрии пропускания (Дебая-Шеррера) с использованием фоточувствительных пластин с запоминающим слоем Fuji Film Imgaing Plate в качестве детектора. Измерения проводились для длины волны =0.65262 , размер пучка- 250х250 мкм, расстояние образец-детектор - 250 мм, время экспозиции составляло15 мин.

Для определении размера и распределения полученных наночастиц Со в полимерной матрице использовался метод просвечивающей электронной микроскопии. Исследование проводили в Институте физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН (г. Москва) на просвечивающем электронном микроскопе EM-301 Philips с ускоряющим напряжением 60-80 КэВ. Образцы для исследования представляли собой раствор сополимера в толуоле. Содержание кобальта во всех образцах составляло 5 мас.%.

Исследования методом растровой электронной микроскопии проводили на сканирующем электронном микроскопе с энерго дисперсионной приставкой JSM 7500F, имеющем разрешение до 1 нм. Образцы для исследования представляли собой тонкие пленки полученных кобальтсодержащих нанокомпозитных материалов, нанесенные на алюминиевую фольгу. Образцы сушили при комнатной температуре в течение часа.

Исследование наокомпозитных материалов методом электронной микроскопии

Метод ферромагнитного резонанса (ФМР) были исследованы полученные полимерные материалы, нанесенные на алюминиевую фольгу. Положение резонансной полосы зависит от угла подмагничивания, измерения проводились при разной ориентации постоянного магнитного поля Н от 0 до 120о (рис. 36а и в).

Спектры ФМР образца на основе полимерной матрицы АК:ЭМА 1:100 с содержанием кобальта 43,5 мас.% в касательном (а = 90, спектр А) и перпендикулярном (а = 0, спектр В) поле (36а); положение образца по отношению к внешнему магнитному полю; а - угол между внешним магнитным полем Н и нормалью к поверхности образца п (36в).

Из спектров ФМР серии пленочных полимерных материалов по системе уравнений Киттеля (7) была рассчитана эффективная намагниченность композитных материалов. По рассчитанным данным были построены зависимости эффективной намагниченности (4М) образцов от массовой доли кобальта в полимерной матрице (рис. 37). - Зависимость эффективной намагниченности (4М) образцов от массовой доли кобальта в полимерной матрице АК:ЭМА 1:10.

Из зависимости эффективной намагниченности от массовой доли кобальта для сополимера АК с ЭМА 1:10 видно, что при достижении концентрации более 20 мас.% эффективная намагниченность начинает резко возрастать, что можно объяснить переходом магнитной структуры образцов из суперпарамагнитного состояния в ферромагнитное. Дальнейшее увеличение концентрации более 40 мас.% приводит к уменьшению эффективной намагниченности, что также можно объяснить структурной перестройкой материала, либо изменением состава наночастиц. Однако для образцов на основе полимерных матриц АК с ЭМА 1:100 и 1:50 эффективная намагниченность выше, чем в образцах с полимерной матрицей АК с ЭМА 10:1 (рис. 38).

Зависимость эффективной намагниченности (4М) образцов от массовой доли кобальта в полимерной матрице АК с ЭМА 1:100 (I) и АК с ЭМА 1:50 (II). Таким образом, изучая локальную атомную структуру наночастиц, можно подобрать композитные материалы, обладающие эффективными ферромагнитными свойствами (при концентрации магнитных наночастиц более 30,00 мас.%). При этом порог перколяции для подобных нанокомпозитных полимерных материалов лежит в пределах концентрации магнитной фазы 20,00 – 30,00 мас.%. В области порога перколяции происходит самоорганизация магнитных наночастиц.

Магнитные свойства отдельных наночастиц и полимерных композиций на их основе зависят от содержания карбоксильных групп в цепи полимера. Увеличение количества карбоксильных групп в цепи полимера приводит к окислению поверхностных атомов наночастиц и уменьшению значений эффективной намагниченности тонкопленочных образцов нанокомпозитных полимеров.

Влияние магнитного поля на эффективную намагниченность в зависимости от Из зависимости (рис. 39) эффективной намагниченности тонкопленочного нанокомпозитного образца на основе полимера АК:ЭМА 1:50 (5,00 – 20,45 мас.% Со) от напряженности магнитного поля видно, что эффективная намагниченность образцов с одинаковой концентрацией наночастиц линейно возрастает. Это можно объяснить различной степенью структурной упорядоченности наночастиц Со в полимерной матрице, т.е. с увеличением напряженности магнитного поля обработки при высыхании образцов степень упорядоченности возрастает.

Необходимо отметить, что эффективная намагниченность образцов, необработанных магнитным полем, значительно ниже и не укладывается в линейную зависимость. Следовательно, обработка магнитным полем даже малой напряженности приводит к значительному увеличению намагниченности. Кроме того видно, что образцы с большей концентрацией наночастиц Со имеют большую намагниченность.

Можно предположить, что воздействие магнитных полей на растворы магнитных полимерных материалов с низкой концентрацией наночастиц кобальта способствует формированию цепочечных структур и тем самым увеличивает магнитные характеристики тонкопленочных материалов на их основе (рис. 40, 41).

Из микрофотографий видно, что при высыхании кобальтсодержащего образца наблюдается достаточное количество цепочечных структур, состоящих из 10 и более звеньев (рис. 40). Однако цепочечные структуры расположены хаотично. В образце, обработанном магнитным полем (В = 1тл) (рис. 41), видно, что частицы основной своей массой сориентированы в одном направлении. Это позволяет говорить о том, что магнитное поле значительно влияет на организационную упорядоченность магнитных наночастиц.

1. Термолизом октакарбонилдикобальта были получены серии магнитных нанокомпозитных материалов, содержащих 20,45, 34,00, 43,50 и 50,70мас.% кобальта в полимерных матрицах АК с ЭМА (соотношение мономеров 1:100, 1:50 и 1:10). 2. Методом рентгеновской спектроскопии поглощения EXAFS была изучена локально-атомная структура наночастиц кобальта в полимерных матрицах. Обнаружено, что координационные числа для ближайших координационных сфер исследованных образцов имеют меньшие значения по сравнению с соответствующими координационными сферами стандартов (CoO и металлической фольги Co), что указывает на образование наноразмерных частиц кобальта. Установлено, что наночастицы кобальта имеют структуру «металлическое ядро - оксидная оболочка», а вариации оксидной и металлической составляющей определяются количеством карбоксильных групп в цепи полимера, а также количеством вводимого при синтезе наночастиц кобальта. Только образец ЭМА:АК 10:1 20,45 мас.% Со является монофазным, атомная структура наночастиц в нем соответствует структуре СоО. Все остальные образцы состоят как минимум из двух фаз со структурой СоО и металлического кобальта.

3. По данным просвечивающей электронной микроскопии установлено, что средний размер наночастиц кобальта во всех образцах составляет 5-9 нм.

4. Установлено, что кобальтсодержащие нанокомпозитные полимерные материалы обладают термической стабильностью до 250С. При температуре свыше 300С происходит термическое разложение полимерной матрицы и окисление наночастиц кобальта кислородом карбоксильных и сложноэфирных групп полимера до Со3О4. При достижении температуры, равной 500С и выше, происходит сплавление наночастиц смешанного оксида кобальта, что свидетельствует о понижении его температуры плавления. Размер частиц увеличивается до 40-200 нм. При этом магнитные свойства материалов пропадают.

5. Методом ФМР исследованы магнитные свойства тонкопленочных полимерных материалов. Обнаружено, что на магнитные свойства нанокомпозитных материалов влияет концентрация наночастиц кобальта. Максимальная эффективная намагниченность образцов в полимерной матрице ЭМА с АК 10:1 наблюдается при концентрациях наночастиц кобальта в пределах 20-40 мас.%; для сополимера ЭМА с АК 50:1 - 30-50 мас.%; для сополимера ЭМА с АК 100:1 - 30-50 мас.%. Из зависимостей эффективной намагниченности от массовой доли кобальта видно, что при достижении концентрации более 20 мас.% эффективная намагниченность начинает возрастать, что можно объяснить переходом магнитной структуры образцов из суперпарамагнитного состояния в ферромагнитное. Магнитное поле влияет на структурную упорядоченность тонкопленочных кобальтсодержащих магнитных полимерных материалов – происходит образование цепочечных структур, сориентированых в одном направлении, а также линейное увеличение эффективной намагниченности полученных образцов.

Похожие диссертации на Влияние стабилизирующей полимерной матрицы на размер, состав и магнитные свойства наночастиц кобальта