Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Представлена математическая модель термического взаимодействия крупных капель с нагретым буферным газом в плазме дугового разряда низкого давления. Модель выполнена в программном пакете COMSOL Multiphysics с использованием интерфейса Coefficient Form PDE. При увеличении расхода газа его температура и средняя энергия электронов снижаются. Капли приобретают стационарное состояние, что указывает на то, что начальная скорость оказывает существенное влияние только на взаимные взаимодействия, а не после оседания в плазменной камере. Отношение локальных массовых потоков изменяется во время транспортировки двухфазного потока, пока весь сгусток жидких капель не превратится в паровую фазу. Температура газа снижается вблизи импульса капель за счет процесса испарения. Возмущение, создаваемое каплями в газовой смеси, становится все более значительным с увеличением расхода газа. Взаимодействие между каплями и плазмой разряда модифицируется за счет увеличения скорости потока газа, а также зависит от химического состава газа в двухфазном потоке, который может влиять на испарение капель. Газ поглощает тепловую энергию из плазмы разряда и, следовательно, является продуктивным достижением в области испарения капель. Следовательно, температура газовой смеси сокращается вдоль импульса капель, а продолжительность испарения увеличивается за счет увеличения расхода газа. Представлена математическая модель формирования остаточных напряжений в наночастицах при сверхбыстрой закалке в плазме дугового разряда низкого давления. Формирующаяся часть наночастицы состоит из большого количества кластеров, каждый из которых свободно деформируется вследствие протекающих в нем физико-химических процессов. Эти деформации получили название первоначальных. В реальных условиях из-за взаимодействия кластеров друг с другом первоначальная деформация проходит стесненно, т.е. приводит к возникновению напряжений. Такие напряжения (без учета температурных) получили название кристаллизационных. При дальнейшей деформации системы в результате снятия всех внешних воздействий в наночастице останутся напряжения, которые являются остаточными. Изменение энергии (давления в вакуумной камере) при осаждении (конденсации) наночастиц приводит к тепловому расширению системы «наночастица-подложка». Однако из-за наличия основы, различного химического состава (следовательно, структуры и свойств) наночастицы и подложки, а также возможного градиента температуры по сечению тепловое расширение проходит стесненно, т.е. возникают напряжения. После окончания процесса формирования наночастицы на подложке, последняя охлаждается до температуры окружающей среды, что вызывает возникновение напряжений, связанных с градиентом температур. Исследовано влияние давления газовой смеси на дисперсность и морфологию наночастиц CuO и NiO. Синтез наночастиц в плазме дугового разряда проводился в газовой смеси 90 % Ar + 10 % O2 при базовом давлении 50, 80, 150 и 200 Па. На ПрЭМ изображенииях НЧ NiO и CuO, полученных при давлении 80 Па, видно, что НЧ имеют почти сферическую форму и сильно агломерированы, что характерно для плазмохимического синтеза, но вызывает существенное уменьшение удельной поверхности. На снимке четко видна кристаллическая упорядоченность частиц с большим (порядка 2 нм) параметром решетки. Математическая обработка полученных изображений методом секущих показала, что размеры частиц варьируются в диапазоне от 5 до 25 нм. Были построены гистограммы и проведена обработка полученных данных. Средний размер наночастиц составил 12 нм (NiO) и 9 нм (CuO). Для частиц CuO и NiO характерно как нормальное, так и логарифмически нормальное распределение по размерам. При всех давлениях газовой смеси пики на XRD спектре образца NiO соответствуют ГЦК решетке (фаза FCC) с параметром a = 4,194 Å согласно данным JCPDS № 89-7130. Весь XRD спектр образцов NiO показывают стандартные пики при значениях 37°, 43°, 63°, 75° и 79° соответствующих (111), (200), (220), (311) и (222) плоскостям. На рентгенограммах образца CuO присутствуют только рефлексы, соответствующие моноклинной структуре CuO (данные JCPDS, № 45-0937). Средний размер ОКР наночастиц NiO и CuO хорошо согласуется с микроскопическими исследованиями. Поведение кривых зависимости среднего размера нанопорошков, полученного из обработки рентгеноструктурных исследований, от давления газовой смеси для обоих химических соединений аналогичны, что говорит о едином механизме синтеза наночастиц в дуговом разряде низкого давления для охлаждаемого катода. Исследовано влияние парциального давления кислорода на фазовый состав наночастиц CuO и NiO. Наночастицы наносили на подложки из нержавеющей стали с помощью дугового распыления с использованием катода из чистой меди/никеля. Парциальное давление кислорода изменялось в диапазоне 10-40%. Синтезируемые наночастицы оксидов были охарактеризованы методами просвечивающей электронной микроскопии, энергодисперсионного анализа, рентгеновской дифракции, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, рамановской спектрометрии, ИК-Фурье спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния (КР). Для каждого вида наночастиц исследована морфология показавшая, что осажденные НЧ имеют однородные и агломерированные структуры подобной формы в диапазоне размеров 6-22 нм (CuO) и 5-25 нм (NiO). Также изучены EDX-спектры НЧ. При 10% парциальном давлении O2 Cu и O находятся в атомном соотношении 72,78% (CuL) и 27,22% (O K) соответственно, что указывает на нестехиометрию НЧ в сторону увеличения Cu. При 40% парциального давления O2 Cu и O в атомном соотношении 55,14% (O K) и 44,86% (CuL), что указывает на формирование почти стехиометрических НЧ CuO с увеличением давления O2. Фазовый состав существенно зависит от парциального давления кислорода при синтезе. При распылении меди рентгеновские дифрактограммы показывают существование трех различных фаз оксида меди Cu2O, Cu4O3, CuO. Причем увеличение парциального давления O2 до 40% приводит к образованию чистых кристаллических НЧ CuO. Средний размер ОКР кристаллитов НЧ Cu2O и CuO практически не изменялся с увеличением давления O2 и составил 12 нм, показывая лучшую кристалличность при 40%. Для НЧ NiO наблюдается рост пика в плоскости (111) при увеличении парциального давления кислорода от 10 до 20 %. НЧ, осажденные при парциальном давлении кислорода 30-40 %, оказались аморфными. Средний размер ОКР НЧ NiO, рассчитанный с использованием формулы Шеррера, оказался примерно одинаковый при изменении парциального давления от 10 до 20 % и составил 14 нм. Результаты спектроскопии комбинационного рассеяния света дополнительно подтвердили фазовые вариации оксидных НЧ. По данным рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии на поверхности НЧ обнаруживаются только три элемента, а именно Cu, O и C. След адсорбированного углерода присутствует в положении пика C1s (284,8 эВ), что считается случайным загрязнением. Из РФЭС-спектров остовного уровня Cu2p, фотоэлектронные пики, относящиеся к Cu2p3/2 и Cu2p1/2, наблюдаются при 933,7 и 953,6 эВ соответственно для НЧ полученных при 10% O2. Аналогичным образом те же пики обнаруживаются при 932,2 и 952,3 эВ для НЧ полученных при 40% O2. Это указывает на изменение степени окисления меди с Cu+ на Cu2+. Увеличение содержания кислорода в атмосфере при распылении никелевого катода усиливает режим КР. В спектрах идентифицированы два основных пика при 505 (однофононная продольная LO-мода) и 1058 см-1 (соответствует двухфононному продольному фонону 2LO). Орбитали Ni – O образуются за счет перекрытия 3d- и 4s-орбиталей атома Ni и 2p-орбиталей атома O. Подобный синий сдвиг в сторону более короткой длины волны, наблюдаемый в FTIR, также присутствует в спектрах КР. Уменьшение волнового числа LO-фононов объясняется нестехиометрией НЧ NiO. Коэффициент пропускания уменьшается с увеличением парциального давления O2, в частности, НЧ, осажденные при 10% O2, имеют высокий средний коэффициент пропускания около 80% в ближней инфракрасной области из-за недостатка O2. НЧ, осажденные при парциальном давлении 40% O2, демонстрируют средний коэффициент пропускания 60%. Пропускание образцов с Cu2O резко снижается с длины волны ниже 600 нм. Аналогично, спектры пропускания CuO имеют край поглощения с критической длиной волны около 700 нм. Все полученные НЧ обладают поглощающей способностью видимого света. Прямая оптическая ширина запрещенной зоны осажденных НЧ определяется моделью параболических зон Таука. НЧ, осажденные при 10% парциального давления O2, имеют ширину запрещенной зоны 2,12 эВ. Ширина запрещенной зоны НЧ CuO, осажденных на 40%, составила 1,82 эВ. Значения оптической прозрачности НЧ NiO также уменьшаются с увеличением содержания кислорода, как следствие отклонения от стехиометрии. Уменьшение пропускания связано с захватом падающего излучения порами НЧ. В совершенной кристаллической структуре меньше света рассеивается из-за увеличения размера зерна, повышая прозрачность НЧ NiO. Наблюдается, что НЧ NiO демонстрируют средний оптический коэффициент пропускания от 60% до 80%. Значения прямой оптической ширины запрещенной зоны НЧ NiO определялись по графику Таука. Присутствие большего количества атомов кислорода создает дополнительные энергетические уровни в запрещенной зоне NiO вблизи края валентной зоны. Это впоследствии уменьшит энергию, связанную с непрямыми переходами. Полная оптическая ширина запрещенной зоны была сдвинута в синий цвет с 3,33 эВ до 3,95 эВ, в зависимости от содержания кислорода в НЧ NiO. По материалам исследований опубликована работа в рецензируемом журнале и подготовлен пресс-релиз доступный по ссылке: https://indicator.ru/chemistry-and-materials/pokazana-effektivnost-sinteza-nanochastic-oksida-nikelya-v-kislorodnoi-plazme-dugovogo-razryada-nizkogo-davleniya-22-11-2020.htm?utm_source=yxnews&utm_medium=desktop&nw=1606109497000

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Разработан метод синтеза наночастиц CuO и NiO в плазме дугового разряда низкого давления. Получены экспериментальные образцы наночастиц CuO и NiO. Анализ микрофотографий показал, что синтезированный нанопорошок CuO имеет сферическую форму с размерами от 5 до 20 нм, со смешанным нормальным и логарифмически норамалным распределением по размерам. Наночастицы являются сильно агломерированными. Анализ микрофотографий показал, что синтезированный нанопорошок имеет сферическую форму с размерами от 5 до 20 нм, со смешанным нормальным и логарифмически норамалным распределением по размерам. Наночастицы являются сильно агломерированными. Для исследования элементного и химического анализа поверхности наночастиц CuO были изучены XPS спектры. Непосредственно определение химического и элктронного состояния меди и кислорода на поверхности наночастиц CuO производили по линиям Cu2p, O1s. На поверхности наночастиц формируется оксид меди CuO, характеризуемый практически одним состоянием меди (дублет Cu2p 3/2-1/2 с расщеплением 19,9 эВ, Eсв (Cu2p 3/2 ) = 933,3 эВ). В спектре Cu2p присутствует характерный для состояния Cu2+ «shake-up» сателлит, отстоящий на ~9 эВ от основного пика. В спектре O1s присутствует основная компонента Oc, соответствующая кислороду в составе оксида CuO, характеризуемая энергией связи Eсв(O1s) = 529,3 эВ, а также наблюдается вторая компонента Ob в виде хорошо выраженного плеча с энергией связи Eсв (O1s) = 531,2 эВ. Ранее сообщалось, что этот пик может развиваться с увеличением потери кислорода и может быть связан с ионами O2 в кислородно-дефицитных областях. Таким образом, компонента Ob может быть связана с концентрацией кислородных вакансий. Расчет относительного содержания данной компоненты показал 46%. Измерения оптических свойств НЧ CuO были выполнены для изучения влияния размера кристаллитов на энергию запрещенной зоны наночастиц CuO.Для размера частицы 11 нм край полосы оценивается в 4 эВ, в то время как его значение для более крупных частиц (20 нм) составляет 3,72 эВ. Значение ширины запрещенной зоны, полученное для частиц размером 20 нм, близко к заявленному значению 3,25 ± 0,05 эВ для объемных частиц CuO, в то время как значение для частиц размером 11 нм близко к заявленному значению 4,13 эВ. Полученные результаты указывают на синий сдвиг прямого края полосы при уменьшении размера частиц. О таком синем сдвиге сообщалось в литературе для квантовых точек CuO, где утверждалось, что наблюдаемый синий сдвиг обусловлен эффектами квантового ограничения. Характерный размер, известный как экситонный радиус Бора, ниже которого наблюдается фундаментальный сдвиг электронных и оптических свойств в зависимости от размера, по разным данным находится в диапазоне 6,6–28,7 нм для CuO. Наши наночастицы CuO (11–20 нм) поэтому находятся в режиме сильного ограничения, и на этом основании радиус экситона оказывается больше 20 нм. Эволюция роста наночастиц (НЧ) NiO наблюдается с увеличением на 100 К, начиная с 300 до 700 К. Мы наблюдаем, что НЧ от 300 до 600 К имеют неправильную форму многогранника, в то время как микрофотографии наночастиц, выращенных при 700 К, имеют октаэдрическую морфологию с небольшим усечением. По микрофотографиям была проведена количественная оценка распределения по размерам при подсчете 200 частиц на образец. Из гистограмм видно, что образцы имеют большой разбросом по размерам при повышении температуры роста, размеры составляют от 3,2 до 67,4 нм. Стандартное отклонение (σ) для каждого образца указано в скобках. Из анализа преобразования Фурье (с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье, БПФ) мы заключаем, что частица имеет гранецентрированную кубическую структуру ГЦК NiO в соответствии с COD: 96-432-0509 с формой усеченного октаэдра, измеренное межплоскостные расстояния составляли d1 = 0,246 нм, d2 = 0,244 нм и d3 = 0,211 нм, с межплоскостными углами θ1 = 71,72° и θ2 = 53,71°, соответствующими кристаллографическим плоскостям (–1–1–1), (1–1–1) и (2 0 0), которые теоретически имеют следующие межплоскостные расстояния: d−1−1−1 = 0,2420 нм, d1−1−1 = 0,242 нм и d200 = 0,209 нм. Делаем вывод из этого анализа, что наночастица ориентирована по оси зоны [0 1 -1 -1]. Образцы были проанализированы методом дифракции рентгеновских лучей, как показано. Уточнения по методу Ритвельда были выполнены с использованием программы Powder Cell 2.4. Профили пиков моделировались функцией Лоренца, а средний размер кристаллов определялся по формуле Дебая – Шеррера. Спектры были проанализированы и идентифицированы с помощью COD 96-432-0509, который представляет собой кубическую структуру с пространственной группой Fm-3m (№ 225). В результате уточнений полученные размеры кристаллов варьировались в диапазоне 5,12–54,69 нм. Самые маленькие наночастицы при 300 К, а более крупные – при нагреве до 700 К. Наблюдается зависимость параметров решетки от размера кристалла. Мы наблюдаем, что параметр кристаллической решетки становится больше для более мелких частиц. При этом, наблюдается линейное увеличение. Кроме того, линейное увеличение размера кристаллов NiO НЧ в зависимости от температуры также наблюдается от 300 до 600 К, однако при 700 К (когда появляется форма усеченного октаэдра) наблюдается резкое увеличение в размере НЧ. Изучены спектры комбинационного рассеяния для каждого образца. После деконволюции рамановских спектров с использованием четырех функций Гаусса для образцов от 300 до 500 К и пяти гауссианов для 600 и 700 К мы наблюдаем 4 и 5 пиков от продольных (LO), поперечных оптических (TO) фононов и комбинация ТО + LО. Первый пик для разных образцов обнаружен на следующих частотах: [351,63–395,69] см–1 и соответствует моде поперечного оптического (ТО) фонона первого порядка. Второй пик находится между следующими частотами: [515,09–576,78] см−1 соответствует моде продольных оптических (LO) фононов первого порядка, третий пик находится между [670,21–717,09] см−1 (2TO) и, наконец, пик в следующем диапазоне частот [1045,32–1072,81] см−1, который соответствует (2LO) фононной моде. Образцы, при 600 и 700 К, имеют дополнительный пик между [804,30–829,11] см–1, что соответствует комбинации TO + LO. Наблюдается небольшой сдвиг в частотах комбинационного рассеяния для разных образцов; этот сдвиг связан с вакансиями и дефектами структуры НЧ, которые должны быть связаны с температурами роста. Следует отметить отсутствие пиковой дисперсии двух магнонов (2M), которая должна появиться примерно при 1500 см−1 во многих предыдущих сообщениях, что пик связан со сверхобменным взаимодействием между Ni+2 – O−2 – Ni+2, это взаимодействие определяет антиферромагнитные свойства массивных образцов NiO. Отсутствие пика (2M) предполагает отличное магнитное поведение (аномальное) от ожидаемого для объемного NiO (антиферромагнетизм) из-за эффектов квантового ограничения. Измерения оптических свойств НЧ NiO были выполнены для наблюдения за эволюцией роста по спектрам поглощения и для расчета ширины запрещенной зоны каждого образца. Спектроскопия поглощения чувствительна к размеру НЧ и можно оценить ширину запрещенной зоны образцов. Для этого исследования порошки НЧ NiO растворяли в воде. Наблюдается сильная интенсивность поглощения в ближней УФ и фиолетовой областях для каждого образца. Спектры поглощения наноструктур в УФ-видимой области демонстрируют четкую широкую полосу поглощения около 300 нм и связаны с переходом между зонами проводимости и валентной зоной. На основе этих измерений были рассчитаны коэффициенты поглощения α для каждого из образцов, и, таким образом, значения ширины запрещенной зоны. Используя метод магнитной силовой микроскопии, на основании сравнения полученных топографических и магнитных изображений, а также с помощью компьютерного моделирования динамики распределения магнитных моментов, были исследованы микромагнетизм и механизмы переключения магнитного состояния однородно намагниченных однодоменных наночастиц CuO и NiO. Вихревое состояние не обнаружено. Изменение величины внешнего магнитного поля не влияет на магнитное состояние наночастиц CuO и NiO. Вероятнее всего, это связано с воздействием магнитного поля, создаваемого зондом в процессе сканирования поверхности образца. В процессе исследований установлено однотипное поведение наночастиц CuO и NiO во внешнем магнитном поле. Совпадение магнитных контрастов оксида меди и оксида никеля подтверждает наши предположения об одинаковых процессах формирования магнитных свойств наночастиц оксидов меди и никеля в процессе конденсации из паровой фазы. Таким образом, в формирование магнитных свойств наночастиц при RT основной вклад вносит метод их синтеза. Исходя из наблюдаемого поведения магнитных свойств наночастиц CuO, можно заключить, что исследуемая система содержит несколько магнитных фаз. Во-первых, это ферромагнитная (FM) фаза, которая существует, по крайней мере, до комнатных температур. Во-вторых, это «парамагнитный» вклад; резкое отличие зависимостей M(H) для температур 4,2 K и 100 K и убывающий характер зависимостей M(T) в полях H = 5 и 10 kOe. Что касается антиферромагнитной фазы, то аномалий в окрестности 230 K для исследованных наночастиц CuO не наблюдается, и это указывает, по крайней мере, на значительное уменьшение температуры Нееля для исследованных наночастиц CuO. Таким образом, исходя из анализа магнитных данных, можно предложить следующую упрощённую модель магнитного состояния наночастиц CuO, полученных в плазме дугового разряда низкого давления. «Ядро» частиц обладает антиферромагнитным порядком с температурой Нееля, значительно меньшей объёмного аналога ~ 100 K. Поверхностные атомы меди проявляют себя как «парамагнитная», или точнее, частично спин-стекольная подсистема. Они могут быть обменно-связаны и с «ядром» частицы, и с ферромагнитной составляющей, которая обусловлена ближним ферромагнитным порядком, существующим, по крайней мере, до комнатных температур. При исследовании намагничивания в зависимости от температуры образца 1 наблюдается четкий минимум (Tm ∼ 30 K) на кривой ZFC, до которого магнитный момент уменьшается с увеличением температуры, а затем магнитный момент увеличивается с температурой. Увеличение магнитных моментов выше Tm указывает на наличие двух магнитных фаз: одно ферромагнитное / спиновое стекло, которое доминирует в области низких температур, и другое антиферромагнитное влияние, которое преобладает в области более высоких температур. Следовательно, значение Tm определяется конкуренцией между этими двумя. Значение Tm показывает тенденцию к увеличению с температурой отжига, и для образцов 2, 3 и 4 значения Tm составляют ∼48, 80 и 92 K соответственно. Для образцов 3 и 4 наблюдается заметное увеличение магнитных моментов в условиях ZFC при понижении температуры ниже примерно 70 К. Исходя из наблюдаемого поведения наночастиц CuO, можно заключить, что магнитные свойства исследуемой системы связаны с величиной остаточных напряжений в наночастицах, которая в свою очередь связана с процессами в катодном пятне вакуумной дуги. Существенное влияние на величину остаточных напряжений оказывает нестехиометрический состав наночастицы и наличие нескольких фаз, причем это подтверждается как расчетными, так и экспериментальными данными. В частности, у образцов на основе оксида меди величина сжимающих напряжений возрастает с уменьшением содержания кислорода в оксиде. Установлено, что для всех образцов при понижении температуры намагничивание сначала уменьшается, а затем увеличивается, обнаруживая явный минимум. Несмотря на то, что в ферромагнитных материалах пики на кривых ZFC-восприимчивости не должны наблюдаться, однако разупорядоченность, присущая наночастицам (особенно в приповерхностных областях), обычно приводят к нарушению магнитной связи и формированию состояний типа спинового стекла, магнитной кластеризации в комбинации с суперпарамагнетизмом. Остаточное напряжение в наночастицах проявляется в существенном расхождении кривых M(T) режимах ZFC и FC, причем прослеживается явная зависимость величины расхождения от остаточного напряжения. Остаточные напряжения могут привести к разрыву или усилению обменных связей между ближайшими магнитными ионами и нарушению или возникновению дальнего магнитного порядка. В наночастицах NiO наблюдали увеличение восприимчивости при понижении температуры в области T < TN, которое связывали с появлением парамагнитных ионов Ni3+. Однако присутствие ионов Ni3+ играет минимальную роль в формировании магнитных свойств наночастиц NiO и не объясняет аномальные магнитные свойства наночастиц. Получены результаты исследования остаточной намагниченности для образцов, полученных при различных давлениях газовой смеси. Необходимо отметить, что остаточная намагниченность фиксировалась для всех образцов. Полученные данные свидетельствуют о ферромагнитной составляющей всех образцов, появляющаяся благодаря неравновесному состоянию наночастиц, связанную, скорее всего с остаточными напряжениями в наночастицах. Внутренние упругие напряжения за счет искажений решетки и увеличения объема элементарной ячейки влияют на магнитоупругую энергию и изменение обменной энергии. Магнитный порядок в CuO определяется конкуренцией различных видов магнитных взаимодействий. Исследования температурной зависимости ZFC и FC намагниченности образцов NiO показывают наличие в них более одного вида магнитного упорядочения. Наличие блокирующей области, наложенной на антиферромагнитный отклик, и минимумы, наблюдаемые в случае образцов 1, 2, 3 и 4, подтверждают наличие слабого ферромагнитного / спин-стеклянного упорядочения сверх антиферромагнитного упорядочения. Следовательно, рационально сделать вывод, что магнитная структура образца образована антиферромагнитным сердечником и оболочкой из слабого ферромагнетика / спинового стекла. Проведено исследование магнитного гистерезиса образцов NiO при 20 К и комнатной температуре (RT = 300 К). При комнатной температуре на кривых M – H для трех образцов 1, 2 и 3 S-образный отклик Ланжевена является более доминирующим, в то время как для образца 4 намагниченность возрастает почти линейно с приложенным намагничивающим полем. При низких температурах для всех образцов отчетливо проявляется ланжевеновская зависимость. Во всех случаях даже при максимальном приложенном поле (20 кЭ) намагниченность не насыщается. Также анализ показал уменьшение максимальной намагниченности с увеличением размера кристаллитов / температуры отжига. Кроме того, петли гистерезиса симметричны по отношению к обеим осям и характеризуются хорошо определенной коэрцитивной силой, Hc и удерживающей способностью. Все эти наблюдения согласуются с моделью ядро-оболочка, указанной в исследованиях намагничивания в зависимости от температуры.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Получены образцы нанопорошков NiO и CuO при различных давлениях газовой смеси, парциальном давлении и температурах осаждения. Кристаллические, морфологические и импедансные свойства были изучены методами рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии, энергоодисперсионной рентгеновской спектроскопии и импедансной спектроскопии. Показано, что с увеличением температуры подложки при осаждении от 300 до 600 К, также растет размер образующихся наночастиц от 3,2 до 32,7 нм. Частотные зависимости проводимости переменного тока, импеданса, диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь определенные в интервале частот от 50 Гц до 5 МГц демонстрируют размерно зависимое поведение наночастиц NiO. Частицы с размером 12,1 нм показывают отличия в поведении транспортных свойств как от больших, так и от меньших частиц обусловленные объемной долей межчастичных границ. Исследована проводимость синтезированных образцов наночастиц NiO при постоянном токе (σ) в зависимости от размера частиц и при различных температурах. Важно отметить, что проводимость на постоянном токе у всех образцов намного выше, чем у монокристаллов NiO. Высокая проводимость наночастиц NiO объясняется наличием большого количества вакансий Ni2+ на поверхности частиц. Такие вакансии соответствуют акцепторному уровню в запрещенной зоне вблизи уровня Ферми сразу над локализованной 3d-зоной Ni2+ и широкой 2p-зоной O2−. Присутствие каждой вакансии Ni2+ в решетке приводит к превращению двух соседних ионов Ni2+ в ионы Ni3+ с приобретением зарядовой нейтральности и вызывает искажение решетки. Установлено, что повышение давления газовой смеси ведет к синтезу наночастиц NiO с принципиально разными электрофизическими свойствами. Образец, синтезированный при давлении газовой смеси 40 Па, имеет нестехиометрический состав (Ni42O58), гранецентрированную кубическую решетку и размер областей когерентного рассеивания (ОКР) 16 нм. Исследование импеданса показали, что частотные зависимости хорошо описываются моделью релаксации Дебая, на низких частотах действительная часть диэлектрической проницаемости составляет 35, термические исследования показали отрицательный температурный коэффициент сопротивления (NTCR). Образец, синтезированный при давлении 180 Па, имеет аморфную структуру, практически стехиометрический состав (Ni48O52). В области низких частот действительная и мнимая часть диэлектрической проницаемости (ДП) достигает 105. Аномалия объясняется образованием двойного электрического слоя вблизи электродов из-за протонно-кислородной проводимости. Исследованы температурные зависимости проводимости на постоянном токе трех выбранных образцов с размерами частиц 3,2, 17,1 и 64,7 нм. Для образца с наибольшим размером частиц проводимость показывает плато с небольшим наклоном при T < 150 K и довольно линейно увеличивается с увеличением температуры для T > 150 K. Аналогичные результаты получены для других образцов, размер частиц которых превышает 32 нм. Однако температура, при которой линейные кривые переходят в плато, смещается в сторону более низких температур с уменьшением размера частиц. Для образцов с размером частиц <32 нм температурная зависимость проводимости существенно иная; область плато не существует в исследованном диапазоне температур ниже 150 К. Показаны температурные зависимости изменения проводимости на переменном токе для образца со средним размером частиц 17,1 нм на указанных частотах. Видно, что проводимость увеличивается с увеличением температуры на всех частотах. Это можно интерпретировать как образование большего количества носителей заряда при более высоких температурах, что способствует проводимости на переменном токе. Представлены результаты измерения электрофизических характеристик нанопорошка CuO методом импедансной спектроскопии с использованием измерительного датчика на основе встречноштыревой структуры в диапазоне частот от 1 Гц до 100 МГц. Проведено моделирование импедансных спектров эквивалентными электрическими схемами для численного аппроксимирования частотных зависимостей диэлектрической проницаемости и проводимости. Выявлены процессы накопления электрических зарядов на границах наночастиц и вблизи металлических электродов датчика. Показано, что вблизи электродов формируется двойной электрический слой который приводит к появлению аномально больших значений диэлектрической проницаемости и возрастанию проводимости в области низких частот. Полученные результаты объясняются существованием в нанопорошке протонной проводимости из-за адсорбированной на поверхности наночастиц влаги. Показано, что после высокотемпературного отжига нанопорошков CuO накопления электрических зарядов не происходит. Установлено, что в отожженных образцах CuO существует проводимость прыжкового или поляронного типа, которая увеличивается с ростом частоты электрического поля по степенному закону с дробным показателем степени. Показано, что с увеличением температуры подложки при осаждении от 300 до 600 К, также растет размер образующихся наночастиц от 5,4 до 37,7 нм. Частотные зависимости проводимости переменного тока, диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь определенные в интервале частот от 20 Гц до 1 МГц демонстрируют размерно зависимое поведение наночастиц CuO. В рассматриваемом диапазоне размеров, результаты импедансной спектроскопии можно интерпретировать посредством относительной доли межчастичных границ. Исследованы частотные зависимости проводимости CuO на переменном токе. Установлено, что в области низких частот преобладает проводимость постоянного тока. Самое низкое значение проводимости на переменном токе показали наночастицы CuO размером 5,4 нм. Скорее всего, это связано с изменениями структуры межфазной области наночастиц. Величина проводимости переменного тока наночастиц CuO размером <10 нм зависит от относительной объемной доли границ зерен и тройных стыков, составляющих межфазную область. Проводимость наночастиц с размером кристаллитов 37,7 нм немного меньше, чем проводимость наночастиц с размер кристаллитов 15,2 нм. Вероятно, это связано с тем, что температура подложки увеличивает размер частиц и, следовательно, снижает плотность границ. Чтобы лучше понять проводимость постоянного тока, данные были подогнаны с помощью уравнения Аррениуса. Энергия активации была рассчитана по наклону кривой lnσ_DC – 1000/T и составила: 0,21 эВ (5,4 нм), 0,19 эВ (15,2 нм), и 0,10 эВ (37,7 нм). Значения энергии активации, полученные из данных диэлектрической релаксации (коэффициента потерь) получились сопоставимыми со значениями, полученными из данных проводимости на постоянном токе. Это позволяет предположить, что механизм электрической проводимости и диэлектрической поляризации одинаков для всех рассмотренных наночастиц. Методом импедансной спектроскопии исследованы электрофизические свойства композитного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена с ограниченной массовой концентрацией 0,5 мас.% оксида меди CuO в диапазоне частот от 102 до 108 Гц. Предполагается, что введение в состав полимера малых концентраций наночастиц способствуют более равномерному их осаждению на поверхностях полимерных гранул. Это позволяет в процессе тестирования таких образцов выявить наиболее вероятные механизмы их поляризации и протекания электрического тока в относительно однородном ансамбле наночастиц в полимерной матрице. Установлено, что внедряемые в полимерную матрицу наночастицы незначительно влияют на процессы электрической поляризации, но приводят к появлению частотно-зависимой проводимости в широком диапазоне частот. Этот процесс сопровождается существенным возрастанием диэлектрических потерь. Электрофизические характеристики полученных композитов обсуждаются с учётом переноса электрических зарядов (ионов или электронов) как по внутренней, так и по поверхностной структуре наночастиц CuO.