Исследователи Тверского государственного университета сообщили о разработке подхода, позволяющего управлять строением наночастиц в сплавах на основе никеля, меди, железа и кобальта. Как рассказали в пресс‑службе ТвГУ со ссылкой на публикацию в журнале Microchimica Acta, это открывает путь к целенаправленному синтезу наноматериалов с заданными свойствами для электроники, медицины, сенсоров, авиации и космической техники.
Целью работы было выяснить, как атомы никеля, меди, железа и кобальта распределяются внутри наночастиц, как их структура меняется при нагреве и охлаждении и как размер влияет на устойчивость частиц. В вузе отметили, что понимание механизмов сегрегации и фазовых переходов позволяет проектировать наносплавы под нужные характеристики, а не подбирать их экспериментально вслепую.
Учёные изучали частицы размером 10–30 нанометров (меньше вируса), содержащие от 2 до 10 тысяч атомов. Было показано, что наночастицы имеют преимущественно гранецентрированную кубическую структуру с примесью гексагональной плотноупакованной (hcp) фазы. Внутри формируется устойчивая архитектура «ядро–оболочка»: медь обогащает поверхность (до 25–30 % состава на границе), никель и железо образуют прочное внутреннее ядро, а кобальт распределяется между ядром и оболочкой.
Для исследования применяли рентгеноструктурный анализ и электронную микроскопию с элементным анализом, которые дополнили моделированием на атомном уровне методами молекулярной динамики и Монте‑Карло. Расчёты показали, что с увеличением размера наночастиц растёт температура плавления, уменьшается поверхностная энергия и меняется характер кристаллизации при быстром охлаждении.
В пресс‑службе ТвГУ подчеркнули, что от точного расположения атомов разных элементов зависят каталитическая активность, магнитные свойства, термическая стабильность и коррозионная стойкость наносплавов. Потенциальные области применения включают высокоэффективные катализаторы, функциональные магнитные наночастицы для электроники и медицины, сенсоры и датчики, а также высокоэнтропийные сплавы для авиации, космической отрасли и энергетики. По словам и.о. ректора Дмитрия Беспалова, результаты демонстрируют уровень фундаментальных и прикладных исследований ТвГУ в области материаловедения и нанофизики и показывают, как изучение процессов на атомном уровне ведёт к технологиям будущего.
Читайте также: