13.04.2010
На фото: Полые и пористые наночастицы NiO разного размера (6, 26 и 96 нанометров). Credit: Dr. Joe Tracy, North Carolina State University
Ученые из Университета штата Северная Каролина показали, как в процессе изготовления изменяется строение магнитных наночастиц, которые сегодня широко используют в разных областях – от медицины до электроники, при разработке магнитной памяти ультравысокой плотности и для эффективного катализа.
Принципы, которые мы открыли, имеют большое значение для изготовления наноструктур, объясняет Джо Трэйси (Dr. Joe Tracy), один из авторов исследования.
Если в качестве затравки взять никелевое ядро и подвергнуть его процессу окисления при высокой температуре, структура материала изменяется. Через некоторое время, когда материал подвергся частичному окислению, вокруг него образуется твердая оболочка из оксида никеля. Когда процесс окисления заканчивается, никелевое ядро почти целиком переходит во внешнюю оболочку из оксида никеля, оставляя полую сферу. Это превращение твердого ядра объясняют эффектом Киркендалла в наномире.
(от ред.: Эффект Киркендалла - явление смещения границы раздела двух веществ при диффузии через эту границу в случае различия диффузионных потоков из одного вещества в другое; при этом из-за разности этих потоков вблизи границы раздела появляется пористость.)
Ученые из Северной Каролины обнаружили, что размер ядра из никеля также играет важную роль в структуре таких частиц. С помощью трансмиссионного электронного микроскопа ученые исследовали поведение магнитных наночастиц разной величины (со средним диаметром 9, 26 и 96нанометров). Образцы подвергались процессу окисления в течение 1-4 часов при температуре 200-500 °C. При этом оказалось, что структура полностью окисленных наночастиц никеля не зависит от температуры, но окисление проходит быстрее при повышенной температуре. В процессе окисления после появления начальной оболочки из NiO (толщиной около 3 нанометров), на ее внутренней поверхности образуется одна или множество пустот. Затем пустоты увеличиваются, пока не закончится процесс окисления. От размера наночастиц зависит образование пустот и процессы роста. У частиц размером 9 и 26 нанометров образуется одна растущая полость под оболочкой NiO. Так как у частиц в 9 и 26 нанометров разное соотношение объемов Ni/NiO, когда образуется пустОта, то они создают разные наноструктуры. Частица в 9 нанометров образует почти радиально симметричную оболочку из NiO, а у 26 нанометровой частицы ярко выраженная асимметрия оболочки. Выбирая промежуточную температуру окисления и изменяя время реакции, можно контролировать процесс образования оболочки. У наночастиц в 96 нанометров появляется много пустот, которые растут, образуя пористую оболочку из NiO.
“Size-Dependent Nanoscale Kirkendall Effect During the Oxidation of Nickel Nanoparticles,” Justin. G. Railsback, Aaron C. Johnston-Peck, Junwei Wang, Joseph B. Tracy, ACS Nano, Apri, 2010.
http://news.ncsu.edu/releases/wmstracykirkendall/
