магнитные свойства композитов ферромагнитный металл

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ
ФЕРРОМАГНИТНЫЙ МЕТАЛЛ–УГЛЕРОД
Молодкин В.Б.*, Кулиш Н.П., Надутов В.М., Репецкий С.П.,
Лень Е.Г., Горобец О.Ю., Перекос А.Е., Щур Д.В.(1), Загинайченко С.Ю.(1),
Золотаренко Ал.Д.(1), Золотаренко Ан.Д.(1)
Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины,
бул. Акад. Вернадского, 36, Киев-142, 03680, Украина
(1)
Институт проблем материаловедения им. И.Н. Францевича НАН Украины,
ул. Кржижановского 3, Киев, 03142 Украина
*
Факс: 38 (044) 424 05 30
E-mail: molodkn@imp.kiev.ua
В работе исследованы образцы вещества,
осевшего на стенках камеры из нержавеющей
стали.
Как показали рентгеноструктурный анализ,
комбинационное рассеяние света и атомносиловая микроскопия, полученные образцы
представляют собой механическую смесь
различных аллотропных модификаций углерода
(графит, фуллерены, нанотрубки) и частиц
ферромагнитных металлов, а также их
карбидов.
Исследования
полевой
и
температурной зависимостей намагниченности
насыщения
полученных
композитов
показывают уменьшение ее значений при 300 К
(Рис. 1 а) по сравнению с чистым никелем от 2
(для Fe-Ni(1:1)-С) до 3 раз (для композита NiС). Однако, в целом, материал остается
ферромагнитным с температурой Кюри от
400°С для композита Ni-С до 585 °С, для
композита Fe-Ni(1:1)-С (Рис. 1 б).
Введение
Давно известен искровой электроэррозионный
метод [1-3], использующийся для получения
высокодисперсных металлических порошков в
жидкой среде. Он позволяет влиять на
структуру и морфологию образующегося
продукта
как
с
помощью
изменения
химического состава электродов, так и жидкой
фазы, в которой проводят синтез.
Манипулирование строением вещества на
субатомарном и атомарном уровнях, т.е.
применение нанотехнологий, обеспечивает
создание
материалов
с
уникальными
физическими свойствами, недостижимыми при
их макроскопической обработке. В плане
разнообразия
физико-химических
свойств
особое место занимают высоко-, в том
числе, нанодисперсные порошки магнитных
металлов, а также их композиции с
органическими
веществами,
например,
различными аллотропными модификациями
углерода (фуллеренами, нанотрубками и др.).
В
последнее
время
все
большее
распространение для синтеза наноструктур и их
композитов
находит
метод
дугового
распыления и испарения материала в дуговом
разряде в инертной среде. Совместное
испарение графита с различными элементами
позволяет получать композиты на основе
углеродных наноструктур [4]. Особое место
среди них занимают материалы содержащие
ферромагнетики.
Ni
2
σ, А м /кг
45
30
Fe-Ni(1:1)-C
15
0
Ni-C
0
5
(a)
а
H, kOe
10
H, кЭ
Fe-Ni(1:1)-C
20
2
σ, А м /кг
Результаты и обсуждение
В настоящей работе для получения
композитов
на
основе
углеродных
наноматериалов использовалась электродуговая
плазмохимическая установка, разработанная для
получения наноструктурного углерода, принцип
действия которой основан на электродуговом
разряде,
генерируемом
между
двумя
графитовыми электродами в атмосфере гелия.
Осевую полость графитовых испаряемых
стержней
перед
испарением
заполняли
механической смесью графита марки МПГ-7 с
порошками
ферромагнитных
металлов,
смешанных в различных пропорциях.
Ni-C
10
o
TK = 585 C
o
0
TK = 400 C
0
200
400
(б)
600
о
Т, С
T, oC
б
Рис. 1. Полевая (а) и температурная (б)
зависимости намагниченности насыщения
композитов Ме-С.
810
Как показала просвечивающая электронная
микроскопия
минимальные
размеры
ферромагнитных частиц имеют разброс в
пределах 5÷30 нм.
Магнитная
силовая
микроскопия
спрессованных образцов композитов Ме-С
показала наличие периодической (с периодом
порядка 8,5 мкм) магнитной структуры на их
поверхности, не связанной с особенностями
рельефа (см. Рис. 2 а и б).
Рис. 2 в
позволяет
оценить
размер
отдельных магнитных частиц композита Ni-С.
Установлено, что максимальный размер
ферромагнитных частиц в осевшем на стенках
камеры при испарении в электрической дуге
материале составляют порядка 200-600 нм.
Выводы
Результаты атомной и магнитной силовой
микроскопии хорошо согласуются как с
результатами рентгеноструктурного анализа,
так
и
с
результатами
исследований
намагниченности, и подтверждают преобладание
крупных (сотни нанометров) ферромагнитных
частиц в веществе, осевшем на стенках камеры
при испарении в электрической дуге графита с
порошками ферромагнитных металлов.
Композиционные
углерод-металлические
материалы полученные дуговым испарением
содержат как микро-, так и наночастицы. Для
изучения магнитных и других физикохимических свойств каждой фракции материал
требует магнитной сепарации, химической
очистки и разделения на фракции.
Благодарность
Работы выполняются в рамках проекта
УНТЦ 4919.
(а)
Литература
1. Chuistov
K.V.,
Perekos
A.E.,
Zalutskiy V.P., Efimova T.V., Glavatskaya N.I.
The effect of production conditions on the
structural state, phase composition and fineness of
iron iron-based powders made by electric-spark
erosion.
Metal
Physics
and
Advanced
Technologies 1997; 16(8): 865-875.
2. Chuistov K.V., Perekos A.E. Structure and
properties of small-size metallic particles.
1.
Phase-structure
state
and
magnetic
characteristics (Review). Metal Physics and
Advanced Technologies 1998; 17(1): 57-84.
3. Schur
D.V.,
Dubovoy
A.G.,
Zaginaichenko S.Yu., Savenko A.F. Method for
synthesis of carbon nanotubes in liquid phase.
Extended Abstracts, An International Conference
on Carbon Providence (Rhode Island. USA):
American Carbon Society, 2004; p. 196-198.
4. Щур
Д.В.,
Матысина
З.А.,
Загинайченко С.Ю. Углеродные наноматериалы
и фазовые превращения в них. Монография.
Днепропетровск: Наука и образование, 2007,
С. 272-299.
(б)
(в)
Рис. 2. Результаты атомно-силовой (а) и
магнитной силовой (б, в) микроскопии
поверхности
композита
Ni-С.
Размер
изображенной на рис. а, б поверхности
составляет 32 мкм ×32 мкм, а на рис. в – 4 мкм
×4 мкм.
811