Структура и магнитные свойства наночастиц оксида железа, подвергнутых механическим воздействиям

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методом электрического взрыва проволоки (ЭВП) получена большая партия наночастиц оксидов железа. С фокусом на дальнейшие биоприложения исследована структура и магнитные свойства наночастиц как в исходном состоянии, так и после механического размола в шаровой мельнице на протяжении различного времени. Установлено, что фазовый состав (70% Fe3O4 и 30% Fe2O3) не менялся в результате механических воздействий при сохранении среднего размера наночастиц. Наблюдение перехода Вервея в исследуемых наночастицах совместно со структурными данными позволяет добиться лучшего понимания физических свойств ЭВП ансамблей наночастиц в различных состояниях. Анализ структуры и магнитных свойств указывает на создание материала с высоким уровнем внутренних напряжений, который может быть интересен для биоприложений.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Г. В. Курляндская

Уральский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: galinakurlyandskaya@urfu.ru
Россия, Екатеринбург

Е. А. Бурбан

Уральский федеральный университет

Email: galinakurlyandskaya@urfu.ru
Россия, Екатеринбург

Д. С. Незнахин

Уральский федеральный университет

Email: galinakurlyandskaya@urfu.ru
Россия, Екатеринбург

А. А. Юшков

Уральский федеральный университет

Email: galinakurlyandskaya@urfu.ru
Россия, Екатеринбург

A. Larrañaga

Universidad del País Vasco UPV/EHU

Email: galinakurlyandskaya@urfu.ru
Испания, Leioa

Г. Ю. Мельников

Уральский федеральный университет

Email: galinakurlyandskaya@urfu.ru
Россия, Екатеринбург

А. В. Свалов

Уральский федеральный университет

Email: galinakurlyandskaya@urfu.ru
Россия, Екатеринбург

Список литературы

  1. Фролов Г.И., Бачина О.И., Завьялова М.М., Равочкин С.И. Магнитные свойства наночастиц 3d-металлов // ЖТФ. 2008. Т. 78. Вып. 8. С. 101–106.
  2. Pankhurst Q.A., Connolly A.J., Jones S.K., Dobson J. Applications of Magnetic Nanoparticles in Biomedicine // J. Phys. D. 2003. V. 36. P. R167–R181.
  3. Бляхман Ф.А., Макарова Э.Б., Шабадров П.А., Фадеев Ф.А., Шкляр Т.Ф., Сафронов А.П., Комогорцев С.В., Курляндская Г.В. Магнитные наночастицы как фактор, определяющий биосовместимость феррогелей // ФММ. 2020. Т. 121. Вып. 4. С. 339–345.
  4. Buznikov N.A., Safronov A.P., Orue I., Golubeva E.V., Lepalovskij V.N., Svalov A.V., Chlenova A.A., Kurlyandskaya G.V. Modelling of magnetoimpedance responce of thin film sensitive element in the presence of ferrogel: Next step toward development of biosensor for in-tissue embedded magnetic nanoparticles detection // Biosens. Bioelectron. 2018. V. 117. P. 366–372.
  5. Grossman J.H., McNeil S.E. Nanotechnology in cancer medicine // Phys. Today. 2012. V. 65. P. 38–42.
  6. Khawja Ansari S.A.M., Ficiara E., Ruffinatti F.A., Stura I., Argenziano M., Abollino O., Cavalli R., Guiot C., D’Agata F. Magnetic iron oxide nanoparticles: Synthesis, characterization and functionalization for biomedical applications in the central nervous system // Mater. 2019. V. 12. P. 465.
  7. Sedoi V.S., Ivanov Y.F. Particles and crystallites under electrical explosion of wires // Nanotechnology. 2008. V. 19. P. 145710.
  8. Kurlyandskaya G.V., Bhagat S.M., Safronov A.P., Beketov I.V., Larranaga A. Spherical magnetic nanoparticles fabricated by electric explosion of wire // AIP Adv. 2011. V. 1. P. 042122.
  9. Safronov A.P., Samatov O.M., Tyukova I.S., Mikhnevich E.A., Beketov I.V. Heating of polyacrylamide ferrogel by alternating magnetic field // J. Magn. Magn. Mat. 2016. V. 415. P. 24–29.
  10. Beketov I.V., Safronov A.P., Medvedev A.I., Alonso J., Kurlyandskaya G.V., Bhagat S.M. Iron oxide nanoparticles fabricated by electric explosion of wire: Focus on magnetic nanofluids // AIP Adv. 2012. V. 2. P. 022154.
  11. Alcala M.D., Criado J.M., Real C., Grygar T., Nejezchleva M., Subrt J., Petrovsky E. Synthesis of nanocrystalline magnetite by mechanical alloying of iron and hematite // J. Mater. Sci. 2004. V. 39. P. 2365–2370.
  12. Rawers J.C., Govier D., Cook D. Microstructure development and stability of iron powder mechanically alloyed in a nitrogen atmosphere // J. Mater. Synth. Proces. 1995. V. 3. P. 263–272.
  13. Аплеснин С.С., Баринов Г.И. Орбитальное упорядочение в магнетике выше температуры Вервея, индуцируемое давлением // ФТТ. 2007. Т. 49. Вып. 10. С. 1858–1861.
  14. Verwey E.J.W., Haayman P.W. Electronic conductivity and transition point of magnetite (Fe3O4) // Physica. 1941. V. 8. P. 979–987.
  15. Zuo J.M., Spence J.C.H., Petuskey W. Charge ordering in magnetite at low temperatures // Phys. Rev. B. 1990. V. 42. P. 8451–8464.
  16. Мельников Г.Ю., Лепаловский В.Н., Сафронов А.П., Бекетов И.В., Багазеев А.В., Незнахин Д.С., Курляндская Г.В. Магнитные композиты на основе эпоксидной смолы с магнитными микро- и наночастицами оксида железа: фокус на магнитное детектирование // ФТТ. 2023. Т. 65. Вып. 7. С. 1100–1108.
  17. Vives S., Gaffet E., Meunier C. X-ray diffraction line profile analysis of iron ball milled powders // Mater Sci. Eng. A. 2004. V. 366. P. 229–238.
  18. Bohra M., Agarwa N., Singh V. A short review on Verwey transition in nanostructured Fe3O4 // J. Nanomater. 2019. V. 19. Article ID 8457383. 18 p.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Изображения ЭВП МНЧ исследуемой партии: РЭМ – (а) и ТЭМ – (б); РЭМ – (в) изображение коммерческих микрочастиц Alfa Aesar, исследованных для сравнения с ЭВП МНП

Скачать (669KB)
Метаданные
3. Рис. 2. РФА ЭВП наночастиц оксидов железа. а – h0, исходное состояние; пики магнетита Fe3O4 и маггемита Fe2O3 отмечены вертикальными синими и зелеными линиями; б – h1, состояние после 1 часа механической обработки; пики Fe3O4, γ-Fe2O3, FeO и Fe отмечены вертикальными синими, зелеными, красными и лиловыми линиями соответственно; в – h7 состояние после 7 ч обработки; пики Fe3O4, γ-Fe2O3 и FeO отмечены вертикальными синими, зелеными, лиловыми линиями b черными линиями; г – РФА-данные для МНЧ h0, h1и h7 в интервале углов вблизи самого интенсивного пика (311), часть 2θ ≈ 35.45° показана пунктирным овалом. На вставке – пример подгонки самых интенсивных пиков для ЭВП МНЧ h0, позволяющих определить средний размер области когерентного рассеяния для Fe3O4 и γ-Fe2O3 фаз

Скачать (352KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Петли магнитного гистерезиса образцов h0, h1, h7 (а), коммерческого образца АА (б). На вставках – более подробно в области малых магнитных полей

Скачать (188KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Термомагнитные кривые ZFC–FC для ЭВП МНЧ в исходном состоянии, измеренные при разных величинах внешнего магнитного поля (а, б). Стрелками показана область перехода Вервея (б). Для сравнения приведена кривая ZFC–FC при Н = 100 Э для образца АА коммерческого магнетита; стрелкой показана область перехода Вервея (в)

Скачать (270KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Термомагнитные кривые ZFC–FC для ЭВП МНЧ h1, измеренные при разных величинах внешнего магнитного поля (а, б). Стрелками показана область перехода Вервея (б). Серые штриховые линии обозначают точку наибольшего наклона на кривой ZFC

Скачать (238KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Термомагнитные кривые ZFC–FC для ЭВП МНЧ h7, измеренные при разных величинах внешнего магнитного поля (а). Те же кривые показаны в узком интервале температур, где ранее (рис. 4, 5) наблюдали переход Вервея (б)

Скачать (252KB)
Метаданные