nguphysСибирский физический журналSIBERIAN JOURNAL OF PHYSICS2541-9447Новосибирский государственный университет10.25205/2541-9447-2023-18-3-83-94nguphys-276Research ArticleФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА, ПОЛУПРОВОДНИКОВ, НАНОСТРУКТУРSOLID-STATE AND SEMICONDUCTOR PHYSICS, PHYSICS OF NANOSTRUCTURESПовышение эффективности получения наночастиц латуни методом испарения непрерывным пучком электронов высокой энергииExperiments to Improve the Efficiency of Obtaining Brass Nanoparticles by Evaporation by a Continuous Beam of High-Energy Electronshttps://orcid.org/0000-0003-1109-4260ХартаеваЭ. Ч.KhartaevaЕ. Ch.

Эржена Чимитдоржиевна Хартаева, научный сотрудник

Улан-Удэ

Erzhena Ch. Khartaeva, Researcher

Ulan-Ude

erzhena.har@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0000-6201-6743НомоевА. В.NomoevА. V.

Андрей Валерьевич Номоев, доктор физико-математических наук

Улан-Удэ

Andrey Valer’evich Nomoev, Doctor of Physical and Mathematical Sciences

Ulan-Ude

nomoevav@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0608-3244БардахановС. П.BardakhanovS. P.

Сергей Прокопьевич Бардаханов, доктор физико-математических наук, профессор

Улан-Удэ; Новосибирск

Sergey P. Bardakhanov, Doctor of Physical and Mathematical Sciences

Ulan-Ude; Novosibirsk

bardnsr@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0001-2747-4404ЗобовК. В.ZobovК. V.

Константин Владимирович Зобов, кандидат физико-математических наук  

Улан-Удэ; Новосибирск

Konstantin V. Zobov, Candidate of Physical and Mathematical Sciences

Ulan-Ude; Novosibirsk

zobov.kv@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0006-3809-2838ТруфановД. Ю.TrufanovD. Yu.

Дмитрий Юрьевич Труфанов, кандидат физико-математических наук

Новосибирск

Dmitriy Yu. Trufanov, Candidate of Physical and Mathematical Sciences 

Novosibirsk

finnwal@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0004-7996-8141ГапоненкоВ. Р.GaponenkoV. R.

Василий Рудольфович Гапоненко, кандидат физико-математических наук Новосибирск

Vasiliy R. Gaponenko, Candidate of Physical and Mathematical Sciences

Novosibirsk

vasko-nsk@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0005-5571-5075ЦыдыповД. Г.TsydypovD. G.

Дамдин Галсанович Цыдыпов, инженер 

Улан-Удэ

Damdin G. Tsydypov, Engineer

Ulan-Ude

damdinkatsydypov@gmail.comИнститут физического материаловедения СО РАНРоссияInstitute of Physical Materials Science SB RASRussian FederationИнститут физического материаловедения СО РАН; Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАНРоссияInstitute of Physical Materials Science SB RAS; Khristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics SB RASRussian FederationИнститут теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАНРоссияKhristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics SB RASRussian Federation2023220220241838394Copyright © Хартаева Э.Ч., Номоев А.В., Бардаханов С.П., Зобов К.В., Труфанов Д.Ю., Гапоненко В.Р., Цыдыпов Д.Г., 20242024Хартаева Э.Ч., Номоев А.В., Бардаханов С.П., Зобов К.В., Труфанов Д.Ю., Гапоненко В.Р., Цыдыпов Д.Г.Khartaeva Е.C., Nomoev А.V., Bardakhanov S.P., Zobov К.V., Trufanov D.Y., Gaponenko V.R., Tsydypov D.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nguphys.elpub.ru/jour/article/view/276

Композитные, медь- и цинксодержащие наночастицы, а также наночастицы латуни получены высокопроизводительным методом испарения веществ релятивистским пучком электронов. Рассмотрены изменения структуры, формы и состава нанопорошков, созданных при последовательных облучениях слитка латуни, помещенного в однозонный графитовый тигель. Выявлено, что получение таких частиц зависит от концентрации насыщенных паров цинка и меди. Разработана двухзонная конфигурация тигля, позволяющая реализовать одномоментное испарение составных компонентов, тем самым обеспечивая условие для формирования однородных наночастиц латуни с равномерным распределением элементов и высокого выхода нанопорошка. Проведены рентгенофазовый анализ, трансмиссионная электронная микроскопия, энергодисперсионный анализ, определена удельная поверхность полученных наночастиц. Обсуждается механизм образования композитных наночастиц.

Composite, copper and zinc containing nanoparticles and brass nanoparticles have been obtained by a high-performance method of evaporation of substances by a relativistic electron beam. The change in the stoichiometry of nanopowders produced by stepwise irradiation of a brass ingot placed in a single-zone graphite crucible is considered. It was found that the production of such particles depends on the concentration of saturated vapors of zinc and copper. A two-zone configuration of the crucible has been developed, which makes it possible to realize the simultaneous evaporation of the constituent components, thereby providing the conditions for the formation of uniform brass nanoparticles with a uniform distribution of elements and a high yield of nanopowder. X-ray diffraction analysis (XRD), Transmission electron microscopy (TEM), Energy dispersive X-ray analysis (EDX) were carried out, and the specific surface of the obtained nanoparticles was determined. The mechanism of formation of composite nanoparticles is discussed.

наночастицы оксида меди/цинкаэлектронный пучоклатуньускоритель электроновпросвечивающая электронная микроскопияэнергодисперсионный анализcopper / zinc oxide nanoparticleselectron beambrasselectron acceleratortransmission electron microscopyenergy dispersive analysisРабота выполнена по проекту государственного задания № 0270-2021-0002 «Физические характеристики, особенности строения, фазовые диаграммы и функциональные свойства композитных структур и материалов’».This work was carried out according to the draft state task No. 0270-2021-0002 “Physical characteristics, structural features, phase diagrams and functional properties of composite structures and materials”.ReferencesLozhkomoev A. S., Bakina O. V., Pervikov A. V., Kazantsev S. O., Glazkova E. A. Synthesis of CuO–ZnO composite nanoparticles by electrical explosion of wires and their antibacterial activities // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2019. Vol. 30, iss. 14. P. 13209–13216.Lozhkomoev A. S., Bakina O. V., Pervikov A. V., Kazantsev S. O., Glazkova E. A. Synthesis of CuOZnO composite nanoparticles by electrical explosion of wires and their antibacterial activities. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2019, vol. 30, issue 14, pp. 13209–13216.Sabbouh M., Nikitina A., Rogacheva E., Kraeva L., Ulasevich S., Skorb E., Nosonovsky M. Separation of motions and vibrational separation of fractions for biocide brass // Ultrasonics Sonochemistry. 2021. Vol. 80, iss. 2073. P. 105817-1 105817-8.Sabbouh M., Nikitina A., Rogacheva E., Kraeva L., Ulasevich S., Skorb E., Nosonovsky M. Separation of motions and vibrational separation of fractions for biocide brass. Ultrasonics Sonochemistry, 2021, vol. 80, issue 2073, pp. 105817-1 105817-8.Казакевич П. В., Воронов В. В., Симакин А. В., Шафеев Г. А. Образование наночастиц меди и латуни при лазерной абляции в жидкости // Квантовая электроника. 2004. Т. 34, № 10. С. 951–956.Kazakevich P. V., Voronov V. V., Simakin A. V., Shafeev G. A. Production of copper and brass nanoparticles upon laser ablation in liquids. Quantum Electronics, vol. 34, issue 10, pp. 951–956.Бардаханов С. П., Корчагин А. И., Куксанов Н. К., Лаврухин А. В., Салимов Р. А., Фадеев С. Н., Черепков В. В. Получение нанопорошков испарением исходных веществ на ускорителе электронов при атмосферном давлении // Доклады Академии наук. 2006. Т. 409, №3. С. 320–323.Bardakhanov S. P., Korchagin A. I., Kuksanov N. K., Lavrukhin A. V., Salimov R. A., Fadeev S. N., Cherepkov V. V. Nanopowders obtained by evaporating initial substances in an electron accelerator at atmospheric pressure. Doklady Physics, 2006, vol. 51, issue 7, pp. 353– 356.Yumozhapova N. V., Nomoev A. V., Syzrantsev V. V., Khartaeva E. Ch. Formation of metal/ semiconductor Cu-Si composite nanostructures // Beilstein Journal of Nanotechnology. 2019. Vol. 10, iss. 1. Р. 2497–2504.Yumozhapova N. V., Nomoev A. V., Syzrantsev V. V., Khartaeva E. Ch. Formation of metal/ semiconductor Cu-Si composite nanostructures. Beilstein Journal of Nanotechnology, 2019, vol. 10, issue 1, pp. 2497–2504.Nomoev A. V., Khartaeva E. Ch., Yumozhapova N. V., Darmaev T. G., Bardakhanov S. P., Syzrantsev V. V., Zobov K. V., Gafner Y. Y. Receiving copper nanoparticles: experiment and modelling // Solid State Phenomena. 2019. Vol. 288. Р. 140–147.Nomoev A. V., Khartaeva E. Ch., Yumozhapova N. V., Darmaev T. G., Bardakhanov S. P., Syzrantsev V. V., Zobov K. V., Gafner Y. Y. Receiving copper nanoparticles: experiment and modelling. Solid State Phenomena, 2019, vol. 288, pp. 140–147.Ross J. Microelectronics Failure Analysis Desc Reference. Sixth Edition. USA, ASM International, 2011. 660 p.Ross J. Microelectronics Failure Analysis Desc Reference. Sixth Edition. USA, ASM International, 2011, 660 р.Синдо Д., Оикава Т. Аналитическая просвечивающая электронная микроскопия. М.: Техносфера, 2006. 256 с.Shindo D., Oikawa T. Analytical transmission electron microscopy. Moscow, Technosfera, 2006, 256 p.Nomoev A. V., Bardakhanov S .P., Schreiber М., Bazarova D. Z., Baldanov B. B., Romanov N. A. Synthesis, Characterization, and Mechanism of Formation of Janus-Like Nanoparticles of Tantalum Silicide-Silicon (TaSi₂/Si) // Nanomaterials. 2014. Vol. 5, iss. 1. P. 26–35.Nomoev A. V., Bardakhanov S. P., Schreiber М., Bazarova D. Z., Baldanov B. B., Romanov N. A. Synthesis, Characterization, and Mechanism of Formation of Janus-Like Nanoparticles of Tantalum Silicide-Silicon (TaSi₂/Si). Nanomaterials, 2014, vol. 5, issue 1, pp. 26–35.Ellmer K. Transparent Conductive Zinc Oxide and Its Derivatives // Handbook of Transparent Conductors; ed. by D. S. Ginley, H. Hosono, D. C. Paine. New York: Springer, 2010. P. 193 263.Ellmer K. Transparent Conductive Zinc Oxide and Its Derivatives. Handbook of Transparent Conductors; ed. by D.S. Ginley, H. Hosono, D.C. Paine. New York, Springer, 2010, pp. 193–263.Yamashita T., Hansson R., Hayes P. C. The relationships between microstructure and crystal structure in zincite solid solutions // Journal of Materials Science. 2006. Vol. 41, iss. 17. P. 5559– 5568.Yamashita T., Hansson R., Hayes P. C. The relationships between microstructure and crystal structure in zincite solid solutions. Journal of Materials Science, 2006, vol. 41, issue 17, pp. 5559–5568.Khartaeva E. Ch., Bardakhanov S. P., Nomoev A. V., Zobov K. V., Trufanov D. Yu. Nanopowders created by irradiating brass with relativistic electrons. Materials Science Forum, 2023. Vol. 1083. P. 61–69.Khartaeva E. Ch., Bardakhanov S. P., Nomoev A. V., Zobov K. V., Trufanov D. Yu. Nanopowders created by irradiating brass with relativistic electrons. Materials Science Forum, 2023, vol. 1083, pp. 61–69.Банных О. А., Будберг П. Б., Алисова С. П. и др. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа. М.: Металлургия, 1986. 224 c.Bannykh O. A., Budberg P. B., Alisova S. P. et al. State diagrams of binary and multicomponent systems based on iron. Moscow, Metallurgy Publ., 1986, 224 p. (in Russ.)Шухардина С. В. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди. М.: Наука, 1979. 248 c.Shukhardina S. V. Dual and multi-component systems based on copper. Moscow, Science Publ., 1979, 248 p. (in Russ.)Лякишев Н. П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. М.: Машиностроение, 1996. 1238 c.Lyakishev N. P. State Diagrams of Binary Metal Systems. Moscow, Mechanical engineering Publ., 1996, 1238 p. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.