Магнито-оптика биоминеральных наночастиц феригидрита (a-FeOOH) Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

ханических свойств. Тем не менее, представляется возможным спрогнозировать свойства ПМ с использованием математически точного метода случайных секущих [4] для подсчета количества и размеров. В результате оценки пористости на нескольких сечениях образцов можно оценить количество, размеры и распределение пор в объеме металла.

На втором этапе с использованием полученных данных с применением метода конечных элементов в программном пакете М8С МА8ТКАМ [5] было выполнено численное моделирование механических свойств пористых металлов с закрытыми порами [6]. При этом при моделировании испытаний на растяжение, сжатие и сдвиг в качестве исследуемого образца пористого металла принималась модель «элементарного объема» в виде куба со сферическими порами. Были рассмотрены три типа образцов с разным количеством пор. Испытаниям на растяжение, сжатие и сдвиг подвергались 15 образцов. В результате численных экспериментов получены математические зависимости модуля упругости, модуля сдвига и модуля объемного сжатия от количества пор и их размера.

Библиографические ссылки

1. Cambronero L. E. G., Ruiz-Roman J. M., Corpas F. A., Ruiz Prieto J. M. Manufacturing of Al-Mg-Si alloy foam using calcium carbonate as foaming agent // J. of material processing technology, February 2009.- V. 209.-Issue 4. P. 1803-1809.

2. Kovacik J., Simancik F. Comparison of zinc and aluminium foam behaviour // Kovove materialy, 2004. Vol. 42. № 2. P. 79-90.

3. Авдеенко А. М., Крупин Ю. А. Сильнопористые структуры - новый класс конструкционных материалов // Тяжелое машиностроение, 2008. № 7. С. 18-21.

4. Салтыков С. А. Стреометрическая металлография. М. : Металлургия, 1976. 270 с.

5. Рычков С. П. MSC. visualNASTRAN для Windows. M. : НТ Пресс, 2004. 552 с.

6. Золотухин А. В., Садовский В. М. Численное моделирование свойств пористых металлов // Актуальные проблемы авиации и космонавтики: Материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов. В 2 т. СибГАУ. Красноярск, 2011. Т. 1. С. 138-139.

© Ардамин В. А., 2012

УДК 537.621

Д. П. Березицкая, Е. Д. Хилажева Научный руководитель - А. Э. Соколов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

МАГНИТО-ОПТИКА БИОМИНЕРАЛЬНЫХ НАНОЧАСТИЦ ФЕРИГИДРИТА (А^ЕООН)

Представлены первые результаты оптических и магнито-оптических исследований биоминеральных нано-частиц феригидрита, полученных из сапропеля озера Боровое (Красноярского края). Спектр поглощения представляет собой довольно гладкую кривую с особенностью в районе 480 нм. В то же время в спектре МКД наблюдается сложная структура, характерная для суперпозиции сигналов от нескольких переходов.

Лиотропные жидкокристаллические фазы, образованные минеральными коллоидными частицами, вызывают большой интерес как физиков, так и химиков в связи с широкими возможностями их применения. Один из известных примеров - феритин, с одной стороны, являющийся естественным коллоидом, с другой стороны, представляющий собой искусственную среду с калиброванными по размерам нанозернами. В то же время препараты наногранулированного феригид-рита (являющегося минеральным ядром белка фери-тина), синтезируемого определенными бактериями, в настоящее время слабо изучены.

Бактерии, полученные из сапропеля озера Боровое (Красноярского края), выращивали в периодическом режиме без аэрации и перемешивания на минерально-солевой среде, содержащей необходимые для их роста N Р, К, Mg, 8. В качестве источника углерода и энергии испытаны глюкоза, бензойная кислота, цитрат железа и калия. При культивировании на среде с глюкозой бактерии имели максимальную удельную скорость роста 0,144 ч-1, на среде с цитратом калия 0,08 ч-1, бензойной кислоты - 0,06 ч-1 в аэробных и 0,02 ч-1 в микроаэрофильных условиях роста. Энергетически

наиболее приемлемым для синтеза биомассы Klebsiella oxytoca из проверенных 7 субстратов оказался цитрат калия, а для накопления ферригидрита -цитрат железа.

Синтез происходит в двухстадийном процессе наращивания биомассы бактерий и накопления наноча-стиц. Суть его в том, что на первой стадии бактерии выращиваются на минеральной среде с цитратом калия в качестве источника углерода и энергии. Микроорганизмы культуры Klebsiella oxytoca были высеяны на среду Lovley. Культивирование бактерий осуществлялось в различных условиях освещенности, включая культивирование в полной темноте [1].

Магнито-оптические исследования в области 3601100 нм измерялись на установке для спектро-поляриметрических исследований, изготовленной в Институте физики имени Л. В. Киренского на базе монохроматора МДР-12. При этом была использована модуляция состояния поляризации световой волны: от правой до левой круговой поляризации. Магнитный круговой дихроизм измеряли как разность сигналов при двух противоположных направлениях внешнего магнитного поля.

Секция ««ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ»

Измерения МКД были проведены в магнитном поле 0,5 T при комнатной температуре. Точность измерения МКД составляла 10-5, спектральное разрешение

~20 ст . Регистрация спектров оптического поглощения проведена с использованием прибора БЫ-та^и иУ-3600.

Рис. 1. Спектры поглощения (слева) и МКД (справа) коллоидного раствора ферригидрита

-г--^ 1 1 1

1г 4

Г 1

1

! |

/

/ 1 \

) / \

1

\ }

у \

г \

г 1

■ У-

. сюо

ос::

■:: эо

юс:

еопа

■

зопоо

:::юс г&пао

Рис. 2. Спектр поглощения коллоидного раствора ферригидрита с переходами

На рис. 1 показаны спектры поглощения и МКД коллоидного раствора феригидрита, записанные при комнатной температуре. Спектр поглощения представляет собой довольно гладкую кривую с особенностью в районе 480 нм. В то же время в спектре МКД наблюдается сложная структура, характерная для суперпозиции сигналов от нескольких переходов. На длине волны особенности в спектре поглощения МКД изменяет знак. Б-образная кривая МКД обычно свидетельствует о диамагнитной природе эффекта.

Однако амплитуды МКД противоположного знака не равны друг другу, что должно быть связано со вкладом парамагнитного эффекта. Кроме того оба максимума и положительный и отрицательный состоят, по крайней мере, из двух вкладов. Поскольку единственным ионом с не скомпенсированным магнитным моментом является ион железа, все наблюдаемые особенности можно связать с электронными переходами внутри d - состояний этих ионов или/и с

переносом заряда между ионами железа и окружающих его лигандов.

На рис. 2 показан спектр поглощения с переходами. Переходы сопоставимы с переходами бората железа, которые описаны в статье [2].

Библиографический список

1. Марковин П. А. [и др.]. Оптическое исследование электронной структуры и магнитного упорядочения в слабом ферромагнетике FeBO3 // Письма в ЖЭТФ. 2007. Вып. 11 (86). С. 822-827.

2. Ладыгина В. П. Получение, структура и магнитные свойства железосодержащих наночастиц, синтезируемых бактериями: автореф. дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.07, 03.01.02. Красноярск: Междунар. науч. центр исследований экстремальных состояний организма при Президиуме КНЦ СО РАН, 2011.

© Березицкая Д. П., Хилажева Е. Д., 2012

УДК 538.9

Н. П. Елисеева Научный руководитель - С. Н. Софронова Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ОБМЕННЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КРИСТАЛЛА YFeз(BOз)4 В МОДЕЛИ КОСВЕННОЙ СВЯЗИ

В рамках модели косвенных обменных взаимодействиях Андерсона-Завадского были определены интегралы косвенных обменных взаимодействий для кристалла УБе3(Б03)4. Параметры данной модели были рассчитаны по экспериментальным данным. Полученные данные в дальнейшем будут использованы для оценки обменных взаимодействий редкоземельного иона с железной подсистемой и установления механизмов влияния редкоземельной подсистемы на физические свойства кристаллов ReFe3(BO3)4.

Исследуемые в данной работе соединения - редкоземельные ферробораты принадлежат к большому классу редкоземельных боратов с общей формулой ЯеРе3(Б03)4 (Яе = У или редкоземельный элемент). Они были впервые получены в Институте физики имени Л. В. Киренского СО РАН достаточно недавно. Различные комбинации редкоземельных ионов приводят к большому разнообразию физических свойств, которые вместе с их отличными физическими характеристиками и химической стабильностью, делают эти соединения особенно интересными с прикладной и фундаментальной точек зрения [4]. В данном исследовании в рамках модели Андерсона-Завадского [3] мы определили косвенные обменные взаимодействия в кристалле УБе3(Б03)4, результаты данного расчета помогут в дальнейшем определить обменные взаимодействия редкоземельного иона с ионами железа и механизмы влияния редкоземельной подсистемы на свойства кристалла.

УБе3(Б03)4 имеет группу R32 при высоких температурах и Р3121 при низких температурах [5]. На

рис. 1 представлена структура кристалла в низкотемпературной фазе и на рис. 2 выделены различные типы косвенных обменных взаимодействий.

Интегралы косвенного обменного взаимодействия J¡ в соответствии в методикой расчета подробно изложенной в [3] может быть записан как

J = "16b2 'g2 '(2Uf. + 2Ub )• Cos2 (128°) ,

J2 =(-5 bc - c2 - b2 j- 2 ( + UFe)x x(sin (103°) + Sin (l04°)),

J3 = -b2 • g2 • (2UFe + 2Ub ) • Cos2 (130°) , J4 = -b2 • g2 • (2UFe + 2UB) • Cos(l30°) • Cos(l29°).

где b и c, g - параметры электронного переноса, представляющие собой квадраты коэффициентов перемешивания лиганд-катион. U (Fe3+) = 8,04 eV, U (B3+) = 4,8 eV - энергия возбуждения катион-лиганд [1]. Коэффициенты b и c мы находили, используя экспериментальную оценку интеграла косвенного обмена J2 и -6K из кривых магнитной восприимчивости [6], считая, как и в работе [2], b = 2c. В результате мы получили значения коэффициентов b = 1,73, c = 0,87. Коэффициент g мы находили из температуры Нееля,