Найден способ получения наносплавов с заданными свойствами

ТВЕРЬ, 23 декабря. /ТАСС/. Исследователи из Тверского государственного университета (ТвГУ) научились управлять наночастицами в сплаве на основе никеля, меди, железа и кобальта. Это позволит синтезировать наноматериалы с заданными свойствами для электроники, медицины, сенсоров и датчиков, а также для авиации и космоса, сообщили ТАСС в пресс-службе вуза.

"Целью работы было понять, как атомы никеля, меди, железа и кобальта распределяются внутри наночастиц, как меняется их структура при нагреве и охлаждении и как размер частиц влияет на их устойчивость <…> Понимание механизмов сегрегации и фазовых переходов позволяет целенаправленно проектировать наносплавы с заданными свойствами, а не подбирать их экспериментально вслепую", - сообщили в вузе, отметив, что речь идет о наночастицах размером всего 10-30 нанометров - меньше вируса. Несмотря на крошечные размеры, внутри таких частиц разворачиваются сложные процессы: атомы разных металлов перераспределяются, формируют новые фазы и выстраиваются в устойчивые структуры, определяющие свойства материала.

Ученые изучили частицы, содержащие от 2 тыс. до 10 тыс. атомов, объединив экспериментальные методы (рентгеноструктурный анализ и электронную микроскопию с элементным анализом) с компьютерным моделированием на атомном уровне - методами молекулярной динамики и Монте-Карло. "Эксперимент показал, что наночастицы имеют преимущественно гранецентрированную кубическую структуру с примесью hcp-фазы (гексагональную плотноупакованную структуру). При этом внутри частиц формируется устойчивая архитектура "ядро-оболочка": медь активно обогащает поверхность частиц (до 25-30%) - ей там энергетически выгоднее; никель и железо формируют прочное внутреннее ядро; кобальт занимает промежуточное положение, частично находясь в ядре, частично - в оболочке", - пояснили эксперты.

Расчеты показали, что с ростом размера наночастиц повышается температура плавления, снижается поверхностная энергия и изменяется характер кристаллизации при быстром охлаждении. "От того, где именно располагаются атомы разных элементов, напрямую зависят свойства материала: каталитическая активность, магнитные характеристики, термическая стабильность, устойчивость к коррозии", - сообщили в пресс-службе.

Отмечается, что такие наносплавы открывают новые возможности для высокоэффективных катализаторов в химической промышленности, функциональных магнитных наночастиц для электроники и медицины, сенсоров и датчиков, высокоэнтропийных сплавов для авиации, космоса и энергетики, элементов перспективных электронных и квантовых устройств. "Исследование демонстрирует высокий уровень фундаментальных и прикладных работ ТвГУ в области материаловедения и нанофизики и показывает, как изучение процессов на атомном уровне открывает дорогу к технологиям будущего", - отметил и.о. ректора ТвГУ Дмитрий Беспалов.