В наши дни интерес к наноструктурам неуклонно растет, что объясняется широкими возможностями их научного и практического применения. В то же время важной проблемой является изменение свойств веществ при уменьшении их характерных размеров. Некоторые свойства систем с пониженной размерностью отличаются от свойств объемных материалов. Например, размерные эффекты влияют на фазовые переходы, приводят к их температурному смещению и размытию. При понижении размеров также могут возникать новые кристаллические структуры, не наблюдаемые в объеме. Для наноструктурированных металлов были выявлены изменения их атомной и молекулярной подвижности, которые могут сказаться на изменении скорости диффузии. Влияние размерных эффектов необходимо учитывать при создании наноразмерных приборов.
Систему с пониженной размерностью возможно создать, введя металл в некоторую пористую химически нейтральную матрицу. При использовании в качестве матрицы искусственных опалов можно добиться получения упорядоченного ансамбля частиц с размерами, заданными геометрией пор. Если же взять в качестве матрицы пористое стекло, то возможно создание хаотичного ансамбля наноструктурированных частиц [2].
На данный момент имеет место широкое применение наноструктурированных материалов в науке и технике. Возможно создание безртутных термометров, жидких теплоносителей, аккумуляторов повышенной емкости и пониженных размеров, противопожарных сенсоров и прочих электронных приборов. Уже сегодня в продаже имеются медицинские термометры, в которых вместо ртути используется сплав Ga-In-Sn, температура плавления которого составляет 17°С. Этот же сплав, получивший торговое название «галинстан», рекомендован для отвода тепла в ЭВМ в качестве теплоносителя. Сплавы с низкими температурами плавления используются для заполнения высокотемпературных термометров и манометров, работающих при температурах 600 - 1100°С. Галлиевые припои применяются для низкотемпературной бесфлюсной пайки металлов [2]. В медицине ведутся разработки по созданию новых лекарственных препаратов, заключенных в наноструктуру и доставляемых в заданный участок организма при помощи магнитных полей.
Цель данной работы - изучение тройного эвтектического сплава галлий- индий-олово, помещенного в матрицы с различным размером пор, методами ядерного магнитного резонанса (ЯМР).
В работе поставлены следующие задачи:
1. Провести анализ данных в имеющихся научных публикациях, посвященных ЯМР-исследованиям наноструктурированных металлов и сплавов - чистого галлия, индия, бинарных сплавов галлий-индий и галлий-олово.
2. Изучить влияние наноконфайнмента на сдвиг Найта и форму линий ЯМР для изотопов галлия и индия в эвтектическом тройном сплаве Ga-In-Sn, соответствующему составу 75, 17 и 8 at.%, соответственно, и введённом в пористые стекла со средним размером пор 7 и 18 nm, а также в опаловую матрицу, представляющую собой плотную упаковку шаров из аморфного кремнезема диаметром 210 nm, в разных магнитных полях.
3. Исследовать изменение атомной подвижности в жидком галлий - индий - олово сплаве, введенном в пористые стёкла со средним размером пор 7 и 18 nm, а также в опаловую матрицу, представляющую собой плотную упаковку шаров из аморфного кремнезема диаметром 210 nm, в различных магнитных полях в сравнении с объемными расплавами.
В данной работе:
• проведен обзор научных публикаций, посвященных ЯМР- исследованиям наноструктурированных металлов и сплавов - чистого галлия, индия, бинарных сплавов галлий-индий и галлий-олово.
• проведены измерения сдвигов Найта для двух изотопов галлия (71Ga и 69Ga) и индия (115In) в жидком тройном сплаве Ga-In-Sn эвтектического состава при комнатной температуре в трех магнитных полях (9.4, 11.75 и 17.6 T) в условиях ограниченной геометрии. Выявлено уменьшение сдвига Найта изотопов галлия и индия в условиях наноконфайнмента по сравнению с объёмными сплавами. Показано, что сдвиг Найта монотонно уменьшается при уменьшении размера пор.
• проведены измерения скорости спин-решеточной релаксации для 71Ga, 69Ga и 115In в жидком сплаве Ga-In-Sn эвтектического состава при комнатной температуре в трех магнитных полях (9.4, 11.75 и 17.6 T), введённом в пористые стекла со средним размером пор 7 и 18 nm, а также в опаловую матрицу, представляющую собой плотную упаковку шаров из аморфного кремнезема диаметром 210 nm. Разделены магнитный и квадрупольный вклады в релаксацию для обоих изотопов галлия. На основании данных, полученных для скорости квадрупольной релаксации, рассчитаны значения времён корреляции атомного движения для сплава Ga-In-Sn в нанопористых матрицах. Показано, что время корреляции атомного движения растет с уменьшением размера пор. Это позволило выявить значительное замедление атомной диффузии в условиях наноконфайнмента;
• проведены измерения форм линий ЯМР для двух изотопов галлия (71Ga и 69Ga) и индия (115In) в жидком сплаве Ga-In-Sn при введении сплава в нанопористые матрицы. Обнаружено уширение линий по сравнению с объемными случаями для всех трех изотопов.
