22°C Наносплавы открывают новые возможности для высокоэффективных катализаторов в химической промышленности, функциональных магнитных наночастиц для электроники и медицины, сенсоров и датчиков, высокоэнтропийных сплавов для авиации, космоса и энергетики. Исследователи из Тверского государственного университета (ТвГУ) научились управлять наночастицами в сплаве на основе никеля, меди, железа и кобальта. Это позволит синтезировать наноматериалы с заданными свойствами для электроники, медицины, сенсоров и датчиков, а также для авиации и космоса сообщили в пресс-службе вуза.
«Целью работы было понять, как атомы никеля, меди, железа и кобальта распределяются внутри наночастиц, как меняется их структура при нагреве и охлаждении и как размер частиц влияет на их устойчивость <…> Понимание механизмов сегрегации и фазовых переходов позволяет целенаправленно проектировать наносплавы с заданными свойствами, а не подбирать их экспериментально вслепую», – сообщили в вузе, отметив, что речь идет о наночастицах размером всего 10-30 нанометров – меньше вируса.
Несмотря на крошечные размеры, внутри таких частиц разворачиваются сложные процессы: атомы разных металлов перераспределяются, формируют новые фазы и выстраиваются в устойчивые структуры, определяющие свойства материала.
Ученые изучили частицы, содержащие от 2 тыс. до 10 тыс. атомов, объединив экспериментальные методы (рентгеноструктурный анализ и электронную микроскопию с элементным анализом) с компьютерным моделированием на атомном уровне - методами молекулярной динамики и Монте-Карло. «Эксперимент показал, что наночастицы имеют преимущественно гранецентрированную кубическую структуру с примесью hcp-фазы (гексагональную плотноупакованную структуру). При этом внутри частиц формируется устойчивая архитектура «ядро-оболочка»: медь активно обогащает поверхность частиц (до 25-30%) – ей там энергетически выгоднее; никель и железо формируют прочное внутреннее ядро; кобальт занимает промежуточное положение, частично находясь в ядре, частично в оболочке», – пояснили эксперты.
Расчеты показали, что с ростом размера наночастиц повышается температура плавления, снижается поверхностная энергия и изменяется характер кристаллизации при быстром охлаждении. «От того, где именно располагаются атомы разных элементов, напрямую зависят свойства материала: каталитическая активность, магнитные характеристики, термическая стабильность, устойчивость к коррозии», – сообщили в пресс-службе.
Отмечается, что такие наносплавы открывают новые возможности для высокоэффективных катализаторов в химической промышленности, функциональных магнитных наночастиц для электроники и медицины, сенсоров и датчиков, высокоэнтропийных сплавов для авиации, космоса и энергетики, элементов перспективных электронных и квантовых устройств.
«Исследование демонстрирует высокий уровень фундаментальных и прикладных работ ТвГУ в области материаловедения и нанофизики и показывает, как изучение процессов на атомном уровне открывает дорогу к технологиям будущего», – отметил и.о. ректора ТвГУ Дмитрий Беспалов.
Фото: Пресс-служба ТвГУ
