Российские исследователи выяснили, как повышение давления в плазмохимическом реакторе влияет на наночастицы оксида меди, которые получаются в нем. Физики показали, что размерами и свойствами таких систем можно управлять при их синтезе. О своей работе исследователи сообщили в журнале JOM. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда.

Наночастицы оксида меди (CuO) используются учеными для синтеза высокотемпературных сверхпроводников, электролитов и высокочувствительных сенсоров благодаря их уникальным магнитным и электрическим свойствам. Наночастицы оксида меди представляют собой полупроводники с антиферромагнитным упорядочиванием. При таком упорядочении магнитные моменты соседних атомов компенсируются из-за их противоположного направления.

Но если уменьшать размеры таких частиц, у них возникает ферромагнетизм при комнатной температуре, эффект обменного смещения на кривой намагничивания и изменение температуры антиферромагнитного упорядочивания. Частицы оксида меди синтезируют в плазмохимическом реакторе. При повышении давления газа в реакторе процесс синтеза ускоряется. Изменение условий синтеза позволяет регулировать размер частиц. Таким образом их можно уменьшить вплоть до 40 нанометров. Российские ученые в новом исследовании проанализировали свойства наночастиц, которые получили при различном давлении.

«Наночастицы меди мы синтезировали с помощью дугового испарителя. В качестве плазмообразующего газа мы использовали аргон, который подавался в камеру вместе с кислородом и образовывал оболочку вокруг плазменного факела. После этого на электронном микроскопе мы анализировали компонентный состав наночастиц, после чего проводили рентгеноструктурный анализ образцов», — объясняет один из авторов работы Анатолий Ушаков, доктор технических наук, сотрудник Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета.

В результате химикам удалось получить две группы частиц — при давлении в 0,0004 и 0,002 атмосферы. При самом маленьком давлении исследователям удалось добиться размера частиц от 15 до 60 нанометров. При этом их магнитные свойства практически не отличались от свойств объемного материала. Когда авторы увеличили давление до 0,02 атмосферы, размеры медных наночастиц незначительно уменьшились до диапазона от 15 до 45 нанометров.

При этом физические свойства оксида меди сильно изменились. Он приобрел магнитную твердость, то есть долго сохранял свою намагниченность. По словам ученых, это связано с созданием ферромагнитных дендритных (похожих на деревья) оболочек на ядрах наночастиц, синтез которых проходил с высокой скоростью.