Магнітні властивості карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту
Досліджено магнітну сприйнятливість нанорозмірного карбіду NiCx (x ≤ 0,33) із дефектною кубічною структурою типу сфалериту (а = 0,3549 нм), синтезованого методом механохімічного сплавлення суміші порошків нікелю та багатостінних вуглецевих нанотрубок в високоенергетичному кульовому планетарному млин...
Gespeichert in:
| Datum: | 2019 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2019
|
| Schriftenreihe: | Доповіді НАН України |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/158121 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Магнітні властивості карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту / О.І. Наконечна, Н.М. Білявина, Р.В. Остапенко, А.М. Курилюк, В.А. Макара // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 6. — С. 36-42. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-158121 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1581212019-07-19T01:25:24Z Магнітні властивості карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту Наконечна, О.І. Білявина, Н.М. Остапенко, Р.В. Курилюк, А.М. Макара, В.А. Матеріалознавство Досліджено магнітну сприйнятливість нанорозмірного карбіду NiCx (x ≤ 0,33) із дефектною кубічною структурою типу сфалериту (а = 0,3549 нм), синтезованого методом механохімічного сплавлення суміші порошків нікелю та багатостінних вуглецевих нанотрубок в високоенергетичному кульовому планетарному млині. Виявлено двостадійний характер експериментальних політерм магнітної сприйнятливості χ(T). Встановлено, що тривалість розмелювання вихідної шихти Ni-ВНТ в високоенергетичному кульовому млині супроводжується зміною магнітних характеристик, зокрема збільшенням парціального парамагнітного моменту та температури Кюрі досліджуваного матеріалу. Виявлений ефект пояснюється тим, що під час механохімічної активації при утворенні кристалічної ґратки карбіду NiCx атоми вуглецю в ній частково заповнюють тетраедричні пустоти вихідної нікелевої ґратки, поступово руйнуючи певні зв'язки Ni–Ni, збільшуючи при цьому число електронів із неспареними спінами, які визначають парамагнітні характеристики одержаного матеріалу. Исследовано магнитную восприимчивость наноразмерного карбида NiCx (x ≤ 0,33) с дефектной кубической структурой типа сфалерита (а = 0,3549 нм), синтезированного методом механохимического сплавления смеси порошков никеля и многостенных углеродных нанотрубок в высокоэнергетической шаровой планетарной мельнице. Выявлено двухстадийный характер экспериментальных политерм магнитной восприимчивости χ(T). Установлено, что продолжительность размола исходной шихты Ni-УНТ в высокоэнергетической шаровой мельнице сопровождается изменением магнитных характеристик, в частности, увеличением парциального парамагнитного момента и температуры Кюри изучаемого материала. Обнаруженный эффект объясняется тем, что во время механохимической активации при образовании кристаллической решетки карбида NiCx атомы углерода в ней частично заполняют тетраэдрические пустоты исходной никелевой решетки, постепенно разрушая связи Ni—Ni, увеличивая при этом число электронов с неспаренными спинами, которые определяют парамагнитные характеристики полученного материала. Magnetic susceptibility of nanoscaled NiCx carbide (x ≤ 0.33) with a defective cubic structure of the sphalerite type (a = 0.3549 nm) synthesized from elemental nickel powder and multiwalled carbon nanotubes in a highenergy planetary ball mill has been studied. The two-stage character of the experimental polytherms of magnetic susceptibility χ(T) is found. It is established that the milling time of the initial Ni-CNT charge in a high-energy ball mill is accompanied by a change in the magnetic characteristics, in particular, by increasing the partial paramagnetic moment and the Curie temperature of the material studied. The revealed effect is explained by the fact that the formation of a crystalline lattice of NiCx carbide at the reaction milling is defined by the carbon atoms, which partially fill the tetrahedral voids of the original nickel lattice, by gradually destroying certain Ni—Ni bonds, thereby increasing the number of electrons with unpaired spins that determine the paramagnetic characteristics of the material obtained. 2019 Article Магнітні властивості карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту / О.І. Наконечна, Н.М. Білявина, Р.В. Остапенко, А.М. Курилюк, В.А. Макара // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 6. — С. 36-42. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2019.06.036 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/158121 621.762; 538.9; 539.26; 537.621.4; 537.621.5 uk Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Матеріалознавство Матеріалознавство |
| spellingShingle |
Матеріалознавство Матеріалознавство Наконечна, О.І. Білявина, Н.М. Остапенко, Р.В. Курилюк, А.М. Макара, В.А. Магнітні властивості карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту Доповіді НАН України |
| description |
Досліджено магнітну сприйнятливість нанорозмірного карбіду NiCx (x ≤ 0,33) із дефектною кубічною структурою типу сфалериту (а = 0,3549 нм), синтезованого методом механохімічного сплавлення суміші порошків нікелю та багатостінних вуглецевих нанотрубок в високоенергетичному кульовому планетарному млині.
Виявлено двостадійний характер експериментальних політерм магнітної сприйнятливості χ(T). Встановлено,
що тривалість розмелювання вихідної шихти Ni-ВНТ в високоенергетичному кульовому млині супроводжується зміною магнітних характеристик, зокрема збільшенням парціального парамагнітного моменту та температури Кюрі досліджуваного матеріалу. Виявлений ефект пояснюється тим, що під час механохімічної активації при утворенні кристалічної ґратки карбіду NiCx атоми вуглецю в ній частково заповнюють тетраедричні
пустоти вихідної нікелевої ґратки, поступово руйнуючи певні зв'язки Ni–Ni, збільшуючи при цьому число
електронів із неспареними спінами, які визначають парамагнітні характеристики одержаного матеріалу. |
| format |
Article |
| author |
Наконечна, О.І. Білявина, Н.М. Остапенко, Р.В. Курилюк, А.М. Макара, В.А. |
| author_facet |
Наконечна, О.І. Білявина, Н.М. Остапенко, Р.В. Курилюк, А.М. Макара, В.А. |
| author_sort |
Наконечна, О.І. |
| title |
Магнітні властивості карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту |
| title_short |
Магнітні властивості карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту |
| title_full |
Магнітні властивості карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту |
| title_fullStr |
Магнітні властивості карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту |
| title_full_unstemmed |
Магнітні властивості карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту |
| title_sort |
магнітні властивості карбіду nicx з дефектною структурою типу сфалериту |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2019 |
| topic_facet |
Матеріалознавство |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/158121 |
| citation_txt |
Магнітні властивості карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту / О.І. Наконечна, Н.М. Білявина, Р.В. Остапенко, А.М. Курилюк, В.А. Макара // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 6. — С. 36-42. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT nakonečnaoí magnítnívlastivostíkarbídunicxzdefektnoûstrukturoûtipusfaleritu AT bílâvinanm magnítnívlastivostíkarbídunicxzdefektnoûstrukturoûtipusfaleritu AT ostapenkorv magnítnívlastivostíkarbídunicxzdefektnoûstrukturoûtipusfaleritu AT kurilûkam magnítnívlastivostíkarbídunicxzdefektnoûstrukturoûtipusfaleritu AT makarava magnítnívlastivostíkarbídunicxzdefektnoûstrukturoûtipusfaleritu |
| first_indexed |
2025-07-14T10:37:36Z |
| last_indexed |
2025-07-14T10:37:36Z |
| _version_ |
1837618384650371072 |
| fulltext |
36 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 6
ОПОВІДІ
НАЦІОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМІЇ НАУК
УКРАЇНИ
Застосування наночастинок зараз широко увійшло в багато сфер діяльності людини. Так,
здатності наночастинок проникати вглибину тканин та клітин живих організмів істотно
розширило можливість їх застосування в медицині при молекулярній діагностиці (в якості
магнітоактивного маркера) та для прицільної доставки лікарських препаратів [1]. Про не-
токсичність та можливість застосування наночастинок нікелю в медицині свідчить й те, що
вони мають виражену антибактеріальну дію при їх концентрації в розчині до 1 мг/мл по від-
ношенню до патогенних штамів Pseudomonas aeruginosa [2]. Окрім цього, нікель у вигляді
високодисперсного нанопорошку (черні) при 400—450 °С використовується в якості ка та-
лізатора в процесі крекінгу важкої нафти [3]. Але при промисловому використанні цього
каталізатора в результаті побічних процесів (зокрема за рахунок взаємодії із CO та CO2, що
утворюються в зоні реакції) його каталітична активність може зменшуватися з часом. Зва-
жаючи на зазначене вище, певний інтерес представляє вивчення фізичних властивостей
(зокрема і магнітних) вуглецевих сполук нікелю (карбідів), які при кімнатній температу-
© О.І. Наконечна, Н.М. Білявина, Р.В. Остапенко, А.М. Курилюк, В.А. Макара, 2019
doi: https://doi.org/10.15407/dopovidi2019.06.036
УДК 621.762; 538.9; 539.26; 537.621.4; 537.621.5
О.І. Наконечна, Н.М. Білявина,
Р.В. Остапенко, А.М. Курилюк, В.А. Макара
Київський національний університет ім. Тараса Шевченка
E-mail: les@univ.kiev.ua
Магнітні властивості карбіду NiCx
з дефектною структурою типу сфалериту
Представлено членом-кореспондентом НАН України В.А. Макарою
Досліджено магнітну сприйнятливість нанорозмірного карбіду NiCx (x 0,33) із дефектною кубічною струк-
турою типу сфалериту (а = 0,3549 нм), синтезованого методом механохімічного сплавлення суміші порош-
ків нікелю та багатостінних вуглецевих нанотрубок в високоенергетичному кульовому планетарному млині.
Виявлено двостадійний характер експериментальних політерм магнітної сприйнятливості χ(T). Встановле но,
що тривалість розмелювання вихідної шихти Ni-ВНТ в високоенергетичному кульовому млині супроводжує-
ться зміною магнітних характеристик, зокрема збільшенням парціального парамагнітного моменту та тем-
ператури Кюрі досліджуваного матеріалу. Виявлений ефект пояснюється тим, що під час механохімічної ак ти-
вації при утворенні кристалічної ґратки карбіду NiCx атоми вуглецю в ній частково заповнюють те тра едричні
пустоти вихідної нікелевої ґратки, поступово руйнуючи певні зв’язки Ni–Ni, збільшуючи при цьому число
електронів із неспареними спінами, які визначають парамагнітні характе ристики одержаного матеріалу.
Ключові слова: карбіди NiCx, механохімічний синтез, магнітна сприйнятливість, температура Кюрі,
магнітний момент
МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО
37ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 6
Магнітні властивості карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту
рі можуть бути перспективними матеріалами для застосування в медицині, а при високих
температурах можуть погіршувати експлуатаційні характеристики каталізу, уповільнюючи
процес крекінгу нафти.
Відомо, що одним з методів порошкової металургії, спрямованих на отримання сполук
в нанорозмірному стані, є метод механохімічного синтезу (реакційного сплавлення) вихід-
ної суміші порошків у високоенергетичному кульовому млині. Дослідження магнітних
властивостей карбіду ГЦК—Ni3C, отриманого в роботі [4] механохімічною обробкою шихти
Ni-графіт (3:1), виявило що при кімнатній температурі він є феромагнітним матеріалом з
коерцитивною силою біля 560 А/м. Нами ж показано [5], що механохімічна обробка ана-
логічної за складом шихти Ni-вуглецеві нанотрубки (ВНТ) веде до утворення карбіду NiCx
(x 0,33) зі структурою типу ZnS-сфалерит, когерентною зі структурою вихідного нікелю.
Мета даної роботи — дослідження магнітної сприйнятливості нанорозмірного карбіду NiCx
(x 0,33) зі структурою типу сфалериту, синтезованого методом реакційного сплавлення.
Магнітні властивості досліджено на синтезованих нами в роботі [5] тестових зразках,
відібраних після певного часу обробки в високоенергетичному кульовому млині шихти
Ni—ВНТ складу 75 ат. % Ni (чистота 99,9 ваг. %, розмір частинок < 80 мк) та 25 ат. % ВНТ
(розмір частинок 10—20 нм). Отримані тестові проби атестовані методами рентгенівського
фа зового та рентгеноструктурного аналізів (із повним уточненням кристалічної структури
карбіду NiCx, що утворюється). Більш докладно методику синтезу та тестування отриманих
зразків NiCx викладено нами в роботі [5].
Температурні залежності магнітної сприйнятливостi сплавів χ(T) досліджені методом
Фарадея в широкому інтервалі температур (300—900 К) із використанням малих за роз-
міром (вагою) зразкiв, локалізовані в однорiдному магнітному полi, створюваному стандарт-
ним електромагнітом ФЛ-1. Для запобiгання похибки, пов’язаної з варiацiями положення
зразка при вимірах, були використані полюснi наконечники, форма яких забезпечує велику
дiлянку iзодинамiчностi. HdH/dx = Const. Величину HdH/dx визначали методом вiд ка-
лiб ру вання установки за стандартною речовиною, яка має приблизно той самий розмiр й
знаходиться в тiй самій точцi поля, що й дослiджуваний зразок. Градуювання i вимiрюван-
ня значення χ проводили з однаковими пiдвiсами зразка. Для вимiрювання сили, що дiє на
зразок у магнiтному полi, застосовували автоматичну вагову головку АВГІ-5г, а для реє-
страцiї температури використовували платино-платино-родiєву термопару (10 % Rh), робо-
чий спай якої знаходився безпосередньо бiля зразка. Щоб уникнути окиснення зразка,
вимiри проводили у середовищi очищеного аргону. Відносні похибки у визначенні сприй-
нятливості Δχ/χ не перевищували 3 %.
Результати рентгенівських досліджень, виконані нами в [5], свідчать, що тестові зразки,
відібрані після 150 хв обробки суміші Ni—ВНТ (3:1) в високоенергетичному кульовому
млині, є однофазними і містять нанорозмірну (≈ 10—15 нм) фазу NiCx з частково заповне-
ною вуглецем ґраткою типу ZnS-сфалерит. При цьому, як періоди кристалічної ґратки цієї
фази, так й ступінь її заповнення атомами вуглецю (параметр x), із збільшенням тривалості
обробки шихти поступово збільшуються (див. таблицю).
Характер експериментальних політерм магнітної сприйнятливості χ(T) виявився поді-
бним для всіх досліджених фаз NiCx із x 0,33 (рис. 1) і складався з двох стадій, що відпо-
відають різним магнітним станам.
38 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 6
О.І. Наконечна, Н.М. Білявина, Р.В. Остапенко, А.М. Курилюк, В.А. Макара
Початкова стадія температурної
залежності магнітної сприйнятли-
вості (до температури 650—750 К)
характеризується неперервним та
монотонним зменшенням величини
χ залежно від складу фази NiCx. Слід
зазначити, чисельне значення маг-
нітної сприйнятливості одержаного карбіду при кімнатній температурі є близьким до зна-
чення χ вихідного порошку нікелю (≈ 7,5⋅105 см3/г). Водночас вигляд залежності χ(T) для
NiCx принципово відрізняється від того, що притаманний крупнозернистому порошку ніке-
лю в феромагнітному стані, для якого характерне стрибкоподібне зменшення величини χ в
околі точки Кюрі ТС (631 К). Монотонне зменшення χ(T), як відомо, спостерігається для
нанокристалічного нікелю (розмір зерна до 10 нм), який у вигляді кластерів капсульований
в немагнітному середовищі [6—8]. Магнітна поведінка таких наночастинок Ni чудово опи-
сується в рамках моделі суперпарамагнетизму, тобто магнітного стану, при якому внаслідок
наявних теплових флуктуацій магнітний момент випадково орієнтованих і невзаємодіючих
однодоменних магнітних наночастинок спонтанно й випадково змінює свою орієнтацію.
Отже, виходячи з характеру отриманих нами залежностей χ(T) (див. рис. 1), дослідже-
ній системі нанокристалічних частинок фазі NiCx (розмір кристалітів до 15 нм) в інтервалі
температур 300—650 К також притаманні суперпарамагнітні властивості.
На другій стадії процесу (при температурах вищих за 650 К) політерми магнітної
сприйнятливості добре апроксимуються узагальненим законом Кюрі—Вейса:
0( )
C
T
T
χ =χ +
−θ
, (1)
Рис. 1. Графіки прямих χ(T) та обернених
1/χ(T) температурних залежностей магніт-
ної сприйнятливості карбіду NiCx, отри-
маного при різній тривалості обробки в
ку льовому млині: 1 — 150; 2 — 210; 3 — 270;
4 — 315 та 5 — 360 хв
Магнітні характеристики карбіду NiCx,
синтезованого механохімічною обробкою шихти Ni-ВНТ
Тривалість
розмелювання, хв
Параметр ґратки,
a, нм
Параметр x
Парамагнітний
момент μNi, μB
Температура Кюрі,
ТС, K
01) 0,35225(3) 0 1,73(2) 630(2)
150 0,3546(2) 0,22(1) 2,95(2) 650(5)
210 0,3546(9) 0,27(1) 2,97(2) 687(5)
270 0,35476(9) 0,31(1) 2,99(2) 704(5)
315 0,35488(9) 0,32(1) 3,08(2) 728(5)
360 0,35491(9) 0,33(1) 3,18(2) 745(5)
Примітка: 1) Вихідний порошок нікелю
39ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 6
Магнітні властивості карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту
де χ0 — температурно незалежний член парамагнітної сприйнятливості, см3/моль; С — кон-
станта Кюрі, см3 K/моль; Т — температура, К; θ — парамагнітна температура Кюрі, К.
Лінійна апроксимація графіків оберненої залежності 1/χ(T) (див. рис. 1), показала, що
для кожного дослідженого зразка χ0 ≈ 0, а також дозволила визначити значення константи
С та парамагнітної температури Кюрі.
Враховуючи те, що
2
3
A
B
N
C
k
μ
= , (2)
де NA — число Авогадро; kB — стала Больцмана; μNi — магнітний момент на атом нікелю
(μB). Розраховані за формулою (2) значення ефективного магнітного моменту μNi як для
вихід ного порошку нікелю, так і для фази NiCx в залежності від вмісту в ній вуглецю
(див. таб лицю).
Як було показано нами раніше [5], тривалість розмелювання вихідної шихти Ni-ВНТ в
високоенергетичному кульовому млині веде до поступового заповнення атомами вуглецю
тетраедричних пустот базової кубічної ґратки нікелю (див. таблицю). Цей процес супрово-
джується зміною магнітних характеристик досліджуваного матеріалу. А саме перетворення
Ni → NiCx веде до стрибкоподібного збільшення магнітного моменту на атом нікелю від
його значення μNi = 1,73(2) μB для вихідного порошку нікелю до значення μNi = 2,95(2) μB
для карбіду NiCx з найменшим зафіксованим значенням параметра заповнення ґратки NiCx
атомами вуглецю (див. таблицю). (Слід також зазначити, що виміряне для вихідного по-
рошку нікелю з розміром часток до 80 мкм значення μNі = 1,73 μB є дещо більшим за те, що
зазвичай притаманне компактному нікелю (1,3 μB)). Збільшення тривалості розмелювання
в кульовому млині шихти Ni-ВНТ зумовлює одночасне збільшення вмісту вуглецю в ґратці
NiCx та значення магнітного моменту μNi (рис. 2).
Величини температури Кюрі для фази NiCx (див. рис. 1, таблицю) були визначені як точ-
ка перетину лінійно апроксимованих частин графіків залежностей 1/χ(T) в феромаг нітній
Рис. 2. Залежності ефективного магнітного моменту карбіду NiCx та ступеня заповнення його кристаліч-
ної гратки атомами вуглецю від часу обробки шихти в кульовому млині
Рис. 3. Залежності температури Кюрі TC від часу обробки шихти в кульовому млині
40 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 6
О.І. Наконечна, Н.М. Білявина, Р.В. Остапенко, А.М. Курилюк, В.А. Макара
та парамагнітній областях. Отримані значення є дещо більші ніж ті, що притаманні чисто-
му нікелю (631 К), й аналогічно характеру зміни магнітного моменту μNi (див. рис. 2) збіль-
шуються із збільшенням тривалості обробки в кульовому млині шихти Ni-ВНТ (рис. 3), а,
значить, й зі збільшенням кількості вуглецю в ґратці NiCx (див. таблицю).
Аналіз отриманих результатів вказує, що експериментальні значення ефективного маг-
нітного моменту μN для Ni та NiCx фаз добре корелюють із значеннями магнітного моменту
μS, розрахованими в припущенні, що орбітальний магнітний момент нікелю заморожується
полем лігандів. А саме, ефективний спіновий магнітний момент
( 1)s g S Sμ = + , (3)
де S — сумарний спін парамагнітного центра з n непарних електронів; g — фактор Ланде,
який в даному наближенні дорівнює 2.
Розрахунки, проведені за формулою (3) для різної кількості непарних електронів, да-
ють наступні теоретичні значення ефективного магнітного моменту (μB): 1,73 для n = 1; 2,83
для n = 2 та 3,87 для n = 3. Або, іншими словами, в парамагнітній області χ(T) експери-
ментальне значення магнітного моменту μNі вихідного порошку нікелю збігається із розра-
хованим μS у припущенні n = 1, а визначений момент μNі фази NiCx в залежності від вмісту в
ній вуглецю поступово змінюється від значення μS, розрахованого для n = 1, в напрямку до
значення μS, розрахованого для n = 3 (2,83 → 3,87 μB) (див. таблицю).
Таким чином, при утворенні ГЦК ґратки нікелю гібридизація його валентних станів
(3d 84s2) здійснюється таким чином, що нескомпенсованим в результаті залишається лише
один електрон із S = 1/2, який і забезпечує парамагнітні властивості цього матеріалу. При
утворенні кристалічної ґратки карбіду NiCx атоми вуглецю в ній частково заповнюють те-
траедричні пустоти вихідної нікелевої ґратки, поступово руйнуючи певні зв’язки Ni—Ni й
збільшуючи при цьому число електронів із неспареними спінами до двох і більше. Саме
наявність цих неспарених електронів і зумовлює посилення парамагнітних властивостей
при переході від NiCx із x = 0,22 до NiCx із максимальним при заданій стехіометрії значен-
ням x = 0,32 (див. рис. 1, таблицю).
ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Абаева Л.Ф., Шумский В.И., Петрицкая Е.Н., Рогаткин Д.А., Любченко П.Н. Наночастицы и нанотехно-
логии в медицине сегодня и завтра. Альманах клинической медицины. 2010. 22. С. 10—6.
2. Мамонова И.А., Бабушкина И.В. Экспериментальное исследование антибактериального действия на-
ночастиц никеля на клинические штаммы Pseudomonas aeruginosa. Фундаментальные исследования.
2012. № 1—2. С. 174—178. URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=29422
3. Мурзагалеев Т.М., Восмериков А.В., Головко А.К., Козлов В.В., Федущак Т.А. Крекинг тяжелой нефти в
присутстви нанопорошка никеля. Нефтепереработка и нефтехимия. Научно-техн. достижения и пе-
редовой опыт. 2011. № 4. С. 11—13.
4. Yue L., Sabiryanov R., Kirkpatrick E.M., Leslie-Pelecky D.L. Magnetic properties of disordered Ni3C. Phy-
sical Review B. 2000. 62(13), 8969. doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.62.8969
5. Наконечна О.І., Білявина Н.М., Дашевський М.М., Курилюк А.М., Макара В.А. Механохімічний синтез
карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 4. С. 50—56.
doi: https://doi.org/10.154071/dopovidi2019.04.50
41ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 6
Магнітні властивості карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту
6. Fonseca F.C., Goya G.F., Jardim R.F., Muccillo R., Carreno N.L.V., Longo E., Leite E.R. Superparamagnetism
and magnetic properties of Ni nanoparticles embedded in SiO2. Phys. Rev. B. 2002. 66(10). 104406. doi: https//
doi.org/10.1103/PhysRevB.66.104406
7. Новиков С.И., Конев А.С., Уймин М.А., Ермаков А.Е., Привалова Д.В., Майков В.В. Магнитные свой-
ства нанокомпозитов Ni-C. Междунар. журн. прикл. и фундамент. исследований. 2017. 12. С. 247—251.
8. Федосюк В.М., Данишевский А.М., Курдюков Д.А., Шуман В.Б., Гордеев С.К. Магнитные свойства клас-
теров никеля в нанопористом углероде. Физика твердого тела. 2003. 45, № 9. С. 1667—1670.
Надійшло до редакції 07.03.2019
REFERNCES
1. Abaeva, L. F., Shumskyi, V. I., Petritskaya, E. N. et. al. (2010). Nanoparticles amd nanotechnologies in medicine
today and tomorrow. Almanakh klinich. meditsiny, 22, pp. 10-6 (in Russian).
2. Mamonova, I. A. & Babushkina, I. V. (2012). Experimental study of antibacterial action of nickel nanoparticles
on Pseudomonas aeruginosa clinical strains. Fundamentalnye issledovaniya, No. 1-2, pp. 174-178 (in Russian).
Retrieved from http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=29422
3. Murzagaleev, Т. М., Vosmerikov, A. V., Golovko, A. K. et.al. (2011). Heavy oil cracking in the presence of nickel
nanopowders. Neftepererabotka I neftehimiya. Nauchno-tehnichiskie dostizheniya I peredovoy opyt, No. 4,
pp. 11-13 (in Russian).
4. Yue, L., Sabiryanov, R., Kirkpatrick, E. M. & Leslie-Pelecky, D. L. (2000). Magnetic properties of disordered
Ni3C. Phys. Rev. B, 62(13), 8969. doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.62.8969
5. Nakonechna, О. І., Belyavina, N. N., Dashevskyi, M. M., Kurylyuk, A. M. & Makara, V. A. (2019).
Mechanochemical synthesis of NiCx carbide with the sphalerite-type defect structure Dopov. Nac. akad. nauk.
Ukr., No. 4, pp. 50-56 (in Ukrainian). doi: https://doi.org/10.15407/dopovidi2019.04.50
6. Fonseca, F. C., Goya, G. F., Jardim, R. F., Muccillo, R., Carreno, N. L. V., Longo, E. & Leite, E. R. (2002).
Superparamagnetism and magnetic properties of Ni nanoparticles embedded in SiO2. Phys. Rev. B, 66(10),
104406. doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.66.104406
7. Novikov, S. I., Konev, A. S., Ujmin, M. A. et. al. (2017). Magnetic properties of Ni-C nanocomposites.
Mezhdunarodnyi zhurnal prokladnykh and fundamentalnykh issledovaniy, No. 12, pp. 247-251 (in Russian).
8. Fedosyuk, V. M., Danishevskyi, A. M., Kurdyukov, D. A. et.al. (2003). Magnetic properties of nickel clusters in
nanoporous carbon. Fizika tverdogo tela, 45, No. 9, pp. 1667-1670 (in Russian).
Received 07.03.2019
О.И. Наконечная, Н.Н. Белявина,
Р.В. Остапенко, А.Н. Курилюк, В.А. Макара
Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко
E-mail: les@univ.kiev.ua
МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА КАРБИДА NiCx
С ДЕФЕКТНОЙ СТРУКТУРОЙ ТИПА СФАЛЕРИТА
Исследовано магнитную восприимчивость наноразмерного карбида NiCx (x 0,33) с дефектной кубиче-
ской структурой типа сфалерита (а = 0,3549 нм), синтезированного методом механохимического сплавле-
ния смеси порошков никеля и многостенных углеродных нанотрубок в высокоэнергетической шаровой
планетарной мельнице. Выявлено двухстадийный характер экспериментальных политерм магнитной вос-
приимчивости χ(T). Установлено, что продолжительность размола исходной шихты Ni-УНТ в высокоэ-
нергетической шаровой мельнице сопровождается изменением магнитных характеристик, в частности,
увеличением парциального парамагнитного момента и температуры Кюри изучаемого материала. Обна-
руженный эффект объясняется тем, что во время механохимической активации при образовании кристал-
лической решетки карбида NiCx атомы углерода в ней частично заполняют тетраэдрические пустоты ис-
ходной никелевой решетки, постепенно разрушая связи Ni—Ni, увеличивая при этом число электронов с
неспаренными спинами, которые определяют парамагнитные характеристики полученного материала.
42 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 6
О.І. Наконечна, Н.М. Білявина, Р.В. Остапенко, А.М. Курилюк, В.А. Макара
Ключевые слова: карбиды NiCx, механохимический синтез, магнитная восприимчивость, температура
Кюри, магнитный момент.
О.І. Nakonechna, N.N. Belyavina,
R.V. Ostapenko, A.M. Kuryliuk, V.A. Makara
Taras Shevchenko National University of Kiev
E-mail: les@univ.kiev.ua
MAGNETIC FEATURES OF NiCx CARBIDE
WITH THE SPHALERITE-TYPE DEFECT STRUCTURE
Magnetic susceptibility of nanoscaled NiCx carbide (x 0.33) with a defective cubic structure of the sphalerite
type (a = 0.3549 nm) synthesized from elemental nickel powder and multiwalled carbon nanotubes in a high-
energy planetary ball mill has been studied. The two-stage character of the experimental polytherms of magnetic
susceptibility χ(T) is found. It is established that the milling time of the initial Ni-CNT charge in a high-energy
ball mill is accompanied by a change in the magnetic characteristics, in particular, by increasing the partial pa-
ramagnetic moment and the Curie temperature of the material studied. The revealed effect is explained by the
fact that the formation of a crystalline lattice of NiCx carbide at the reaction milling is defined by the carbon
atoms, which partially fill the tetrahedral voids of the original nickel lattice, by gradually destroying certain
Ni—Ni bonds, thereby increasing the number of electrons with unpaired spins that determine the paramagnetic
characteristics of the material obtained.
Keywords: NiCx carbides, mechanochemical synthesis, magnetic susceptibility, Curie temperature, magnetic moment.
|