Cтраница 4
Как уже отмечалось, развитая поверхность изолированных наночастиц дает большой вклад в их свойства. Неаддитивность термодинамических функций, связанная с вкладом границ раздела фаз и учитываемая введением поверхностного натяжения сг, приводит к размерным эффектам термодинамических величин. В случае наночастиц необходимо учитывать также зависимость поверхностного натяжения от размеров частиц. Влияние поверхностной энергии сказывается, в частности, на термодинамических условиях фазовых превращений. В наночастицах могут возникать фазы, которые не существуют в данном веществе в массивном состоянии. С уменьшением размера частиц вклад поверхности § сг ( п) ds ( где сг ( п) - поверхностное натяжение, зависящее от направления единичного вектора п, нормального к поверхности) в свободную энергию F Fy F ( Fy - объемный вклад) увеличивается. [46]
В последние годы сформировалась новая, быстро прогрессирующая отрасль - Crystal Engineering [8], в развитии которой ключевое место отводится нанотехнологиям. В 2000 г. в США объявлено [9] о выделении около 500 млн дол. Нанопродукты стали играть важную роль почти во всех отраслях промышленности и по оценке Федерального министерства образования и научных исследований в ближайшие годы в Германии годовой оборот торговли нанопродуктами составит 110 млрд марок. В перечне приоритетных направлений фундаментальных исследований, утвержденных Минпромнаукой РФ и Президиумом РАН в 1998 г., названы работы по наночастицам и нанокристаллическим материалам. Очевидно, что исследования в данной области являются базой для создания новых технологий XXI века - нанотехнологий, которые позволят создавать новые материалы с новыми характеристиками. [47]
Наиболее свежими по фактическому содержанию являются четвертая и пятая главы, в которых анализируются структура и свойства компактных наноматериалов. Почти все описанные в них результаты получены после 1988 года. Подавляющее большинство исследований компактных нанокристаллических материалов так или иначе сосредоточено вокруг нескольких проблем. Одной из них является проблема микроструктуры компактных наноматериалов и ее стабильности, состояния межзеренных границ и их релаксации; непосредственное изучение микроструктуры проводится различными электронно-микроскопическими, дифракционными и спектроскопическими методами. Ожидается, что компактные наномате-риалы найдут наибольшее применение как конструкционные и функциональные материалы новых технологий и как магнитные материалы, поэтому в пятой главе особое внимание уделено механическим и магнитным свойствам компактных наноматериалов. Последовательное обсуждение структуры и свойств изолированных наночастиц и компактных наноматериалов должно составить единое представление о современном состоянии исследований этого особого состояния вещества, выявить между изолированными наночастицами и компактными наноматериалами общее и особенное. [48]
Используя найденную зависимость Tg ( V) и экспериментальные результаты по Tg и размеру частиц, авторы [180] определили, что константа анизотропии К: с уменьшением размера частиц растет и во всем изученном интервале 1 8 d 4, 4 нм оказывается больше, чем К массивного ГЦК кобальта. Зависимость коэрцитивной силы Нс от размеров частиц была измерена при 10 К, когда наночастицы всех размеров находились в ферромагнитном состоянии. Рост Нс с увеличением размера частиц n - Со вполне соответствует поведению од-нодоменных частиц. Результаты по зависимостям Tg, К, Нс от размеров наночастиц кобальта хорошо согласуется с аналогичными данными для наночастиц других ферромагнитных металлов. Иначе обстоит дело с намагниченностью. Величина Is росла с уменьшением размера d и для частиц с d 3, 3 нм была больше, чем Is массивного кобальта. Увеличение магнитного момента атома кобальта в наночастицах было теоретически предсказано [181, 182] и экспериментально наблюдалось [183] на кластерах кобальта. [49]