Синтез, структура и электромагнитные свойства нанокомпозитов FeCoCu/C

Синтезированы тройные наночастицы FeCoCu, распределенные и стабилизированные в углеродной матрице металлоуглеродных нанокомпозитов FeCoCu/C. Синтез нанокомпозитов осуществлен методом контролируемого ИК-пиролиза прекурсоров типа «полимер — ацетилацетонат железа — ацетаты кобальта и меди», полученных совместным растворением компонентов с последующим удалением растворителя. Исследовано влияние температуры синтеза на структуру, состав и электромагнитные свойства нанокомпозитов. Методом рентгенофлуоресцентного анализа показано, что образование тройных наночастиц FeCoCu происходит за счет взаимодействия Fe₃С с наночастицами твердого раствора CoCu. С повышением температуры синтеза увеличивается размер наночастиц металлов, что обусловлено процессами их агломерации и коалесценции при перестройке матрицы. Также в зависимости от температуры синтеза и соотношения металлов могут образовываться наночастицы тройного сплава с различным составом. Методом рамановской спектроскопии показано, что с повышением температуры синтеза степень кристалличности углеродной матрицы нанокомпозитов возрастает. Исследованы частотные зависимости относительной комплексной диэлектрической и магнитной проницаемости нанокомпозитов в диапазоне 3—13 ГГц. Показано, что изменение соотношения металлов приводит к значительному увеличению как диэлектрических, так и магнитных потерь. Первые связаны с формированием сложной наноструктуры углеродной матрицы нанокомпозита, а вторые обусловлены увеличением размера наночастиц и сдвигом частоты естественного ферромагнитного резонанса в низкочастотную область. Расчеты потерь на отражение проведены по стандартной методике на основе экспериментальных данных частотных зависимостей комплексной магнитной и диэлектрической проницаемости. Показано, что регулирование частотного диапазона и значения поглощения электромагнитных волн (от –20 до –52 дБ) может осуществляться путем изменения соотношения металлов в прекурсоре. Полученные нанокомпозиты обеспечивают более высокие результаты по сравнению с нанокомпозитами FeCo/C, полученными при аналогичных условиях.

1. Lu A.-H., Salabas Е.L., Schüth F. Magnetic nanoparticles: synthesis, protection, functionalization, and application. Angewandte Chemie International Edition. 2007; 46(8): 1222—1244. https://doi.org/10.1002/anie.200602866

2. Gubin S.P., Spichkin Y.I., Yurkov G.Yu., Tishin A.M. Nanomaterial for high-density magnetic data storage. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2002; 47(1): S32—S67.

3. Xu Y.H., Bai J., Wang J.-P. High-magnetic-moment multifunctional nanoparticles for nanomedicine applications. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2007; 311(1): 131—134. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2006.11.174

4. Khadzhiev S.N., Kulikova M.V., Ivantsov M.I., Zemtsov L.M., Karpacheva G.P., Muratov D.G., Bondarenko G.N., Oknina N.V. Fischer-Tropsch synthesis in the presence of nanosized iron-polymer catalysts in a fixed-bed reactor. Petroleum Chemistry. 2016; 56: 522—528. https://doi.org/10.1134/S0965544116060049

5. Qiu F., Dai Y., Li Li, Xu Ch., Huang Y., Chen Ch., Wang Y., Jiao L., Yuan H. Synthesis of Cu@FeCo core-shellnanoparticles for the catalytic hydrolysis of ammonia borane. International Jornal of Hydrogen Energy. 2014; 39(1): 436—441.

6. Xu M.H., Zhong W., Qi X.S., Au C.T., Deng Y., Du Y.W. Highly stable Fe-Ni alloy nanoparticles encapsulated in carbon nanotubes: Synthesis, structure and magnetic properties. Journal of Alloys and Compounds. 2010; 495(1): 200—204. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.01.121

7. Bahgat M., Paek M.-K., Pak J.-J. Comparative synthesize of nanocrystalline Fe-Ni and Fe-Ni-Co alloys during hydrogen reduction of NixCo1-xFe2O4. Journal of Alloys and Compounds. 2008; 466(1-2): 59—66. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2008.01.147

8. Azizi A., Yoozbashizadeh H., Sadrnezhaad S.K. Effect of hydrogen reduction on microstructure and magnetic properties of mechanochemically synthesized Fe-16.5Ni-16.5Co nano-powder. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2009; 321(18): 2729—2732. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2009.03.085

9. Li X., Takahashi S. Synthesis and magnetic properties of Fe-Co-Ni nanoparticles by hydrogen plasma-metal reaction. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2000; 214(3): 195—203. https://doi.org/10.1016/S0304-8853(00)00081-0

10. Dalavi S.B., Theerthagiri J., Raja M.M., Panda R.N. Synthesis, characterization and magnetic properties of nanocrystalline FexNi80-xCo20 ternary alloys. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2013; 344: 30—34. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2013.05.026

11. Prasad N.Kr., Kumar V. Microstructure and magnetic properties of equiatomic FeNiCo alloy synthesized by mechanical alloying. Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2015; 26(12): 10109—10118. https://doi.org/10.1007/s10854-015-3695-7

12. Zehani K., Bez R., Boutahar A., Hlil E.K., Lassri H., Moscovici J., Mliki N., Bessais L. Structural, magnetic, and electronic properties of high moment FeCo nanoparticlesJ. Journal of Alloys and Compounds. 2014; 591: 58—64. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.11.208

13. Yang Y., Xu C., Xia Y., Wang T., Li F. Synthesis and microwave absorption properties of FECO nanoplates. Journal of Alloys and Compounds. 2010; 493(1-2): 549—552. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.12.153

14. Liu X.G., Ou Z.Q., Geng D.Y., Han Z., Jiang J.J., Liu W., Zhang Z.D. Influence of a graphite shell on the thermal and electromagnetic characteristics of FeNi nanoparticles. Carbon. 2010; 48(3): 891—897. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2009.11.011

15. Li X., Takahashi S. Synthesis and magnetic properties of Fe-Co-Ni nanoparticles by hydrogen plasma-metal reaction. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2000; 214(3): 195—203.

16. Muratov D.G., Kozhitov L.V., Kazaryan T.M., Vasil’ev A.A., Popkova A.V., Korovin E.Yu. Synthesis and electromagnetic properties of FeCoNi/C nanocomposites based on polyvinyl alcohol. Russian Microelectronics. 2021; 50(8): 657—664. https://doi.org/10.1134/S1063739721080072

17. Muratov D.G., Kozhitov L.V., Korovushkin V.V., Korovin E.Yu., Popkova A.V., Novotortsev V.M. Synthesis, structure and electromagnetic properties of nanocomposites with threecomponent FeCoNi nanoparticles. Russian Physics Journal. 2019; 61(10): 1788—1797. https://doi.org/10.1007/s11182-019-01602-5

18. Muratov D.G., Kozhitov L.V., Yakushko E.V., Vasilev A.A., Popkova A.V., Tarala V.A., Korovin E.Yu. Synthesis, structure and electromagnetic properties of FeCoAl/C nanocomposites. Modern Electronic Materials. 2021; 7(3): 99—108. https://doi.org/10.3897/j.moem.7.3.77105

19. Mondal B.N., Basumallick A., Nath D.N., Cnattopaahyuy P.P. Phase evolution and magnetic, behavior of Сu-Ni-Co-Fe quaternary alloys synthesized by ball milling. Material Chemistry and Physics. 2009; 116(2): 358—362. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2009.03.036

20. Васильев А.А., Дзидзигури Э.Л., Ефимов М.Н., Муратов Д.Г., Карпачева Г.П. Формирование металл-углеродных нанокомпозитов на основе наночастиц сплава Cu-Fe и карбонизированного полиакрилонитрила. Физика и химия обработки материалов. 2021; (1): 58—66. https://doi.org/10.30791/0015-3214-2021-1-58-66

21. Ferrari A.C., Robertson J. Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon. Physical Review B. 2000; 61(20): 14095—14107. https://doi.org/10.1103/physrevb.61.14095

22. Ferrari A.C. Raman spectroscopy of graphene and graphite: Disorder, electron-phonon coupling, doping and nonadiabatic effects. Solid State Communications. 2007; 143(1-2): 47—57. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2007.03.052

23. Afghahi S.S., Shokuhfar A. Two stepsinthesis, electromagnetic and microwave absorbing properties of FeCo@C core-shell nanostructure. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2014; 370: 37—44. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2014.06.040

24. Родионов В.В. Механизмы взаимодействия СВЧ-излучения с наноструктурированными углеродсодержащими материалами. Дисс. … канд. физ.-мат. наук. Курск; 2015. 169 с.