Синтез и исследование наноструктурированных материалов являются приоритетной задачей для нескольких разделов современной науки – физики, химии, биологии, медицины, инженерных наук. Эта область исследований развивается со все возрастающей скоростью из-за ее важности для понимания свойств материи на нано-масштабах, с одной стороны, и потребностью в новых функциональных материалах для самых различных областей человеческой деятельности, с другой стороны. Данный проект направлен на комплексное экспериментально-теоретическое исследование взаимодействия магнитных нанокомпозитов с электромагнитным излучением в микроволновом диапазоне длин электромагнитных волн. В рамках проекта методом электрического взрыва проволоки будут получены наночастицы металлов Fe, Ni, Со, их сплавов и смесей, а также наночастицы со структурой ядро-оболочка. На их основе будут изготовлены нанокомпозиты и коллоидные растворы, проведена характеризация и исследование структурных и магнитных свойств. Обобщенным методом Максвелла-Гарнетта, позволяющим учесть размер наночастиц в явном виде, а также учесть взаимосвязь электрической и магнитной проницаемостей, в указанных частотных диапазонах будет проведено численное моделирование электродинамических свойств нанокомпозитов в зависимости от различных параметров композита: объемной концентрации наночастиц в композите, размера наночастиц и способа приготовления композита. В микроволновом диапазоне от 2 до 85 ГГц соответствующие элементы частотно зависящей матрицы рассеяния будут измерены векторным анализатором цепей в методе линии передач для различных образцов композитов. Комплексные диэлектрическая и магнитная проницаемости затем будут вычислены с использованием метода Николсона-Росса-Вейра, реализованного в автоматизированной системе обработки данных, разработанной в ИРИТ-РТФ УрФУ. Экспериментальные исследования будут сопровождаться ab initio расчетами в рамках теории функционала плотности эволюции электронной структуры, магнитных и оптических свойств исследуемых магнитных материалов при переходе от объемного образца к наночастице и влияния размера наночастицы на указанные свойства. Представленное исследование является актуальным как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения, создания функциональных нанокомпозитных материалов с заданными свойствами, которые могут иметь широкий спектр практических применений в различных частотных диапазонах.
Ожидаемые результаты.
Поставленные в данном проекте задачи являются новыми и оригинальными. Заявленные исследования соответствуют мировому уровню.
В ходе выполнения проекта будут получены следующие результаты:
1) Будут получены нанопорошки Fe, Ni, Ni(x)Fe(y), Co, Fe(x)Co(y), с дисперсностью от 50 до 200 нанометров и наночастицы Ni и Co в углеродной оболочке.
2) Будут получены нанокомпозиты на основе данных нанопорошков с различной концентрацией для различных технологий приготовления.
3) Будут экспериментально исследованы электродинамические характеристики данных нанокомпозитов методом линии передачи с последующим получением комплексных диэлектрической и магнитной проницаемостей данных образцов в микроволновом диапазоне длин волн с использованием математической модели Николсона-Росса-Вейра.
4) Теоретический расчет комплексных диэлектрической и магнитной проницаемостей данных образцов будет выполнен обобщенным методом Бруггемана.
