Магнитные нити из наночастиц магнетита и их свойства по данным ферромагнитного резонанса

Разработана технология приготовления магнитных нитей из наночастиц магнетита в агарозном геле с помощью магнитного поля. Созданы образцы магнитных нитей и «неупорядоченные» образцы в диапазоне концентраций наномагнетита 0,5—0,0025 мг/мл. С помощью метода оптической микроск...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Дата:	2013
Автори:	Дудченко, Н.А., Брик, А.Б., Карбовский, В.Л., Багмут, Н.Н., Карданец, Ю.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2013
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75903
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Магнитные нити из наночастиц магнетита и их свойства по данным ферромагнитного резонанса / Н.А. Дудченко, А.Б. Брик, В.Л. Карбовский, Н.Н. Багмут, Ю.В. Карданец // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2013. — Т. 11, № 1. — С. 119-130. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860261057788903424
author	Дудченко, Н.А. Брик, А.Б. Карбовский, В.Л. Багмут, Н.Н. Карданец, Ю.В.
author_facet	Дудченко, Н.А. Брик, А.Б. Карбовский, В.Л. Багмут, Н.Н. Карданец, Ю.В.
citation_txt	Магнитные нити из наночастиц магнетита и их свойства по данным ферромагнитного резонанса / Н.А. Дудченко, А.Б. Брик, В.Л. Карбовский, Н.Н. Багмут, Ю.В. Карданец // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2013. — Т. 11, № 1. — С. 119-130. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
description	Разработана технология приготовления магнитных нитей из наночастиц магнетита в агарозном геле с помощью магнитного поля. Созданы образцы магнитных нитей и «неупорядоченные» образцы в диапазоне концентраций наномагнетита 0,5—0,0025 мг/мл. С помощью метода оптической микроскопии показано, что в образцах магнитных нитей длина нитей намного превышает их ширину, а в «неупорядоченных» образцах образуются агрегаты наночастиц меньшего размера. С помощью метода ФМР показано, что образцы магнитных нитей являются анизотропными. При ориентации магнитных нитей вдоль поля спектрометра регистрируется довольно узкий спектр ФМР, который сильно уширяется при повороте магнитных нитей перпендикулярно полю спектрометра. Форма и положение спектров магнитных нитей, расположенных перпендикулярно полю спектрометра, близка к форме и положению спектров «неупорядоченных» образцов. Спектры магнитных нитей имеют максимум линии поглощения в более низких полях, чем спектры «неупорядоченных» образцов. Розроблено технологію приготування магнетних ниток з наночастинок магнетиту в агарозному ґелі за допомогою магнетного поля. Створено зразки магнетних ниток і «невпорядковані» зразки в діапазоні концентрацій наномагнетиту 0,5—0,0025 мг/мл. За допомогою методи оптичної мікроскопії показано, що в зразках магнетних ниток довжина ниток набагато перевищує їх ширину, а в «невпорядкованих» зразках утворюються аґреґати наночастинок меншого розміру. За допомогою методи ФМР показано, що зразки магнетних ниток є анізотропними. При орієнтації магнетних ниток уздовж поля спектрометра реєструється досить вузький спектр ФМР, який сильно розширюється при повороті магнетних ниток перпендикулярно полю спектрометра. Форма і положення спектрів магнетнихниток, розташованих перпендикулярно полю спектрометра, близька до форми і положення спектрів «невпорядкованих» зразків. Спектри магнетних ниток мають максимум лінії поглинання в нижчих полях, аніж спектри «невпорядкованих» зразків. Technology is developed to fabricate magnetic threads made of magnetite nanoparticles in agarose gel, using magnetic field. Samples of magnetic threads and ‘disordered’ samples are fabricated in the range of nanomagnetite concentrations 0.5—0.0025 mg/ml. As shown, using optical microscopy, in the samples of magnetic threads, the length of thread considerably exceeds its width, while the aggregates of nanoparticles of less size appear in ‘disordered’ samples. As shown by means of FMR, the samples of magnetic threads are anisotropic. Narrow enough FMR spectra are registered by orientation of magnetic threads parallel to the spectrometer magnetic field, while the orientation of magnetic threads perpendicular to the spectrometer magnetic field leads to a strong broadening of the spectra. The form and position of spectra of magnetic threads oriented perpendicular to the spectrometer magnetic field are similar to the form and position of spectra of ‘disordered’ samples. The maximum of absorption line of the spectra of magnetic threads lies in low fields, whereas maximum of absorption line of the spectra of ‘disordered’ samples lies in higher fields.
first_indexed	2025-12-07T18:55:42Z
format	Article
fulltext	119 PACS numbers:61.05.Qr, 75.50.Gg,75.75.Cd,81.07.Wx,87.61.Bj,87.80.Lg, 87.64.M- Магнитные нити из наночастиц магнетита и их свойства по данным ферромагнитного резонанса Н. А. Дудченко, А. Б. Брик, В. Л. Карбовский, Н. Н. Багмут, Ю. В. Карданец Институт геохимии, минералогии и рудообразования НАН Украины, просп. Академика Палладина, 34, 03680, ГСП, Киев, Украина Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульвар Акад. Вернадского, 36, 03680, ГСП, Киев-142, Украина Разработана технология приготовления магнитных нитей из наночастиц магнетита в агарозном геле с помощью магнитного поля. Созданы образцы магнитных нитей и «неупорядоченные» образцы в диапазоне концентра- ций наномагнетита 0,5—0,0025 мг/мл. С помощью метода оптической микроскопии показано, что в образцах магнитных нитей длина нитей намного превышает их ширину, а в «неупорядоченных» образцах образу- ются агрегаты наночастиц меньшего размера. С помощью метода ФМР по- казано, что образцы магнитных нитей являются анизотропными. При ориентации магнитных нитей вдоль поля спектрометра регистрируется довольно узкий спектр ФМР, который сильно уширяется при повороте магнитных нитей перпендикулярно полю спектрометра. Форма и положе- ние спектров магнитных нитей, расположенных перпендикулярно полю спектрометра, близка к форме и положению спектров «неупорядоченных» образцов. Спектры магнитных нитей имеют максимум линии поглощения в более низких полях, чем спектры «неупорядоченных» образцов. Розроблено технологію приготування магнетних ниток з наночастинок магнетиту в агарозному ґелі за допомогою магнетного поля. Створено зра- зки магнетних ниток і «невпорядковані» зразки в діапазоні концентрацій наномагнетиту 0,5—0,0025 мг/мл. За допомогою методи оптичної мікрос- копії показано, що в зразках магнетних ниток довжина ниток набагато перевищує їх ширину, а в «невпорядкованих» зразках утворюються аґре- ґати наночастинок меншого розміру. За допомогою методи ФМР показано, що зразки магнетних ниток є анізотропними. При орієнтації магнетних ниток уздовж поля спектрометра реєструється досить вузький спектр ФМР, який сильно розширюється при повороті магнетних ниток перпен- дикулярно полю спектрометра. Форма і положення спектрів магнетних Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2013, т. 11, № 1, сс. 119—130 © 2013 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 120 Н. А. ДУДЧЕНКО, А. Б. БРИК, В. Л. КАРБОВСКИЙ и др. ниток, розташованих перпендикулярно полю спектрометра, близька до форми і положення спектрів «невпорядкованих» зразків. Спектри магне- тних ниток мають максимум лінії поглинання в нижчих полях, аніж спе- ктри «невпорядкованих» зразків. Technology is developed to fabricate magnetic threads made of magnetite na- noparticles in agarose gel, using magnetic field. Samples of magnetic threads and ‘disordered’ samples are fabricated in the range of nanomagnetite concen- trations 0.5—0.0025 mg/ml. As shown, using optical microscopy, in the sam- ples of magnetic threads, the length of thread considerably exceeds its width, while the aggregates of nanoparticles of less size appear in ‘disordered’ sam- ples. As shown by means of FMR, the samples of magnetic threads are aniso- tropic. Narrow enough FMR spectra are registered by orientation of magnetic threads parallel to the spectrometer magnetic field, while the orientation of magnetic threads perpendicular to the spectrometer magnetic field leads to a strong broadening of the spectra. The form and position of spectra of magnet- ic threads oriented perpendicular to the spectrometer magnetic field are simi- lar to the form and position of spectra of ‘disordered’ samples. The maximum of absorption line of the spectra of magnetic threads lies in low fields, whereas maximum of absorption line of the spectra of ‘disordered’ samples lies in higher fields. Ключевые слова: наномагнетит, ферромагнитный резонанс, магнитные нити. (Получено 28 марта 2012 г.) 1. ВСТУПЛЕНИЕ Интерес к исследованиям свойств наномагнетита обусловлен его большими потенциальными возможностями для решения широко- го круга материаловедческих, минералогических, биологических и медицинских задач. Магнетит один из распространённых породо- образующих минералов, в то же время, магнетит является биоми- нералом, формирующимся в результате жизнедеятельности биоло- гических организмов. После открытия в 1975 г. [1] магнитотакти- ческих бактерий, которые синтезируют биомагнетит, началось ин- тенсивное исследование свойств этого биоминерала и его роли в функционировании биологических тканей. Одной из характерных особенностей магнитотактических бактерий является наличие упо- рядоченных наночастиц магнетита в форме магнитных нитей. Одним из методов, позволяющим получать важную информацию о свойствах наномагнетита, является метод ферромагнитного резо- нанса (ФМР) [2]. В магнитном материале магнитная анизотропия и взаимодействия между частицами вносят вклад в общую энергию частиц и, таким образом, изменяют резонансную частоту образца. Поэтому, метод ФМР может быть использован для исследований МАГНИТНЫЕ НИТИ ИЗ НАНОЧАСТИЦ МАГНЕТИТА И ИХ СВОЙСТВА 121 этих параметров. ФМР может быть использован для измерений эф- фективного магнитного поля внутри образца, включая вклад, как магнитной анизотропии, так и магнитостатических взаимодей- ствий между индивидуальными частицами в поликристаллических образцах. В литературе описано много технологий получения магнитных нитей, которые состоят из наночастиц магнетита. Авторы [3] опи- сывают метод приготовления упорядоченных нитеобразных струк- тур на поверхности аморфного углерода. В работе [4] создавали ни- теобразные структуры, которые состояли из десятков наночастиц магнетита, во время гидротермального синтеза при 200°С и в при- сутствии магнитного поля с индукцией 180 мТл. Авторы утвер- ждают, что полученные структуры проявляют большую намагни- ченность насыщения, чем неупорядоченные наночастицы магнети- та, синтезированные в отсутствии внешнего магнитного поля. Ав- торы [5] описывают технологию приготовления нитеобразных структур при низких температурах и в присутствии различных магнитных полей. При этом было показано, что с повышением ин- дукции магнитного поля, увеличивается интенсивность сигналов магнитного резонанса для таких образцов. Для создания нитеоб- разных структур, подобных структурам магнитных цепочек в со- ставе магнитотактических бактерий, исследователи [6] синтезиро- вали нанокомпозиты магнетит/хитозан в присутствии внешнего магнитного поля. Таким образом, были получены цепочечные структуры, подобные магнетитовым цепочкам в магнитотактиче- ских бактериях. Вместе с тем, несмотря на большое количество ис- следований, технологии создания магнитных структур, подобных структурам, которые содержатся в живых организмах, а также свойства таких структур, изучены недостаточно. Целью наших исследований было создание с помощью внешнего магнитного поля искусственных магнитных нитей, состоящих из наночастиц магнетита, и исследование свойства этих нитей мето- дом ФМР. Наиболее важной задачей наших исследований было определение зависимости параметров созданных магнитных нитей от характеристик исходной суспензии синтетического наномагне- тита в агарозе. 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 2.1. Создание синтетического наномагнетита Для создания образца синтетического наномагнетита использовали такие материалы: вода бидистиллированная, гидроксид калия KOH, нитрат калия KNO3 (все – «Химлаборреактив»); сульфат же- леза (ІІ) семиводный FeSO4·7H2O, 3-аминопропилтриэтоксисилан 122 Н. А. ДУДЧЕНКО, А. Б. БРИК, В. Л. КАРБОВСКИЙ и др. (все – Sigma-Aldrich). Все растворы готовили на бидистиллирован- ной воде. Образец получали по следующей технологии: смешивали 1400 мл бидистиллированной воды, 200 мл 1,5 M раствора KOH и 200 мл 2 M раствора KNO3 в реакционном сосуде и добавляли 200 мл 1 M рас- твора FeSO4⋅7H2O. Температуру раствора доводили до 90°C и вы- держивали при этой температуре в течение 2,5 часов. После этого, полученные нанокристаллы магнетита промывали трижды 0,05 M раствором KOH, используя магнитную сепарацию. Затем, к полу- ченной суспензии нанокристаллов магнетита в 0,05 M растворе KOH при слабой ультразвуковой обработке добавляли 100 мл 2% раствора 3-аминопропилтриэтоксисилана (силан) в 0,05 M KOH, и продолжали ультразвуковую обработку в течение 10 мин. Сосуд помещали в термостат и выдерживали при температуре 90°C в тече- ние 2 часов, а потом оставляли в термостате до следующего дня. По- сле этого, полученный образец промывали небольшими количе- ствами 0,05 M КОН (3 раза) и спирта (2 раза). Полученный образец наномагнетита высушивали в лиофильной сушке. В данном случае покрытие наночастиц магнетита силаном ис- пользовали для образования защитного покрытия на поверхности наночастиц, которое защищает поверхность наночастиц от окисле- ния и фазового превращения магнетит-маггемит. Характеристики синтезированного образца: намагниченность насыщения 81 А⋅м2/кг, размер кристаллов – 50 нм, фазовый состав – магнетит. 2.2. Создание магнитных нитей Разработана технология приготовления суспензий наномагнетита и созданы магнитные нити с такими концентрациями магнетита в агарозном геле: 0,5 мг/мл, 0,25 мг/мл, 0,1 мг/мл, 0,05 мг/мл, 0,025 мг/мл, 0,01 мг/мл, 0,005 мг/мл, 0,0025 мг/мл. Для синтеза магнитных нитей с концентрацией 0,5 мг/мл, необ- ходима суспензия магнетита, покрытого силаном с концентрацией 10 мг/мл и 1% раствор агарозы. К агарозе, массой 0,1 г, добавляли 10 мл бидистиллированной воды, и сосуд помещали на водяную ба- ню (90°С) до полного растворения агарозы. Параллельно этому, суспензию магнетита, покрытого силаном, с концентрацией 10 мг/мл, обрабатывали ультразвуком (ультразвуковой диспергатор UP 200 S) на протяжении 5—7 мин. К раствору агарозы добавляли 0,5 мл суспензии магнетита, покрытого силаном, с концентрацией 10 мг/мл, и снова подвергали смесь ультразвуковой обработке на протяжении 5 мин. После этого, смесь, объёмом 0,5 мл переносили в зазор электромагнита на стеклянную подложку, нагретую до Т = 65°С, и включали магнитное поле (В = 450 мТл). Через 20 ми- МАГН нут, вык шивания чали ма дальнейш Образ 0,025 мг ким же нетита, п 0,2 мг/м Также емые, об центрац 2.3. Опти Изображ получен LV100PO наиболее чении 40 ального 2.4. Фер Магнитн тита исс феррома тронного Рис. 1. М магнетит вообразна НИТНЫЕ НИТ ключали н я в магнит агнитное п шего иссле цы с конц г/мл, 0,01 образом, и покрытого мл, 0,1 мг/м е, были со бразцы сра иями, но б ическая ми жения магн ы с помо OL при уве е подробно 00 крат, по восприяти рромагнитн ные свойст следовали агнитного р о парамагн Модельный Ф та. 1 – прои ая линия по ТИ ИЗ НАНО нагревател тном поле. поле и пол едования. центрациям мг/мл, 0, изменяя ко о силаном: мл, 0,05 мг зданы «не авнения) по без наложен икроскопи нитных ни ощью опти еличениях о описаны оскольку о ия. ный резон тва образцо методом резонанса нитного ре ФМР-спект изводная пе оглощения ( ОЧАСТИЦ М ль и оставл . После пол лучали обр ми 0,25 мг 005 мг/мл онцентрац 5 мг/мл, 2 г/мл соотв еупорядоче о той же те ния магни ия итей и неуп ического м х 200, 400 и изображе они являю нанс ов природн ферромагн регистрир езонанса, р р невзаимо ервообразно (адаптирова МАГНЕТИТА ляли смесь лного высу разцы магн г/мл, 0,1 м л, 0,0025 м цию исходн 2 мг/мл, 1 етственно. енные» обр ехнологии итного поля порядоченн микроскоп и 1000 кра ния, полу тся оптим ного и син нитного ре ровали на с работающе одействующ ой линии по ано из работ И ИХ СВОЙ ь до полно ушивания нитных ни мг/мл, 0,0 мг/мл полу ной суспен мг/мл, 0, . разцы (так и с такими я. ных образц па Nikon E ат. В данно ченные пр альными д тетическог езонанса. спектромет его в трёхс щего равнора оглощения; ты [7]). ЙСТВА 123 ого высу- , выклю- итей для 05 мг/мл, учали та- нзии маг- ,5 мг/мл, к называ- и же кон- цов были ECLIPSE ой работе ри увели- для визу- го магне- Спектры тре элек- сантимет- азмерного ; 2 – пер- 124 ровом ди Для о использо фективн соответс где Beff – поглоще – магне Коэфф high B ВΔ = вине мак кривой п максиму 3. ЭКСП 3.1. Опти На рисун образцов По фо Рис. 2. Ф ми магне мг/мл; д не удаётс концентр Н. А. ДУДЧ иапазоне дл описания овали след ный фактор ствующий – значени ения; h – п етон Бора (р фициент ас high eff В В− , ксимума по поглощени ума, FWHBΔ ЕРИМЕНТ ическая м нке 2 прив в магнетит отография а Фотографии етита: а – – 0,025 мг ся увидеть а рацией магн ЧЕНКО, А. Б лин волн (E характери дующие эм р спектрос максимум ие магнитн постоянна рис. 1). симметрии , low e B ВΔ = оглощения ия, соответ HM определ ТАЛЬНЫЕ микроскопи ведены опт та в агарозн м неупоря г неупорядоч 0,5 мг/мл; /мл. Увелич агломераты нетита мене Б. БРИК, В. Л ERS-231, Г истик спек мпирическ скопическо му линии ного поля, ая Планка; и определя eff low В− , а я низкопол тственно. П ляется как Е РЕЗУЛЬТ ия тические ф ном геле. ядоченных б ченных обра б – 0,25 м чение 400 к ы наночасти е 0,01мг/м Л. КАРБОВС Германия, ктров иссл кие параме ого расщеп поглощен соответств ν – часто ется как А а high В и lo В льной и вы Полная ши Δ =FWHMB ТАТЫ И И фотографии х образцов д азцов с разн мг/мл; в – крат. При ув иц в неупор л. СКИЙ и др. РЭ-1306, Р ледуемых етры [7]: g пления (g- ия geff = νh вующее ма ота спектро = high BΔ Δ ow – поля ысокопольн ирина на п Δ + Δ high B B ИХ ОБСУЖ и неупоряд в наномагн в ными конце 0,1 мг/мл; величении в ядоченном Россия). образцов geff – эф- -фактор), ν β eff ( )h B , аксимуму ометра; β low ВΔ , где на поло- ной части половине low B . ЖДЕНИЕ доченных нетита в ентрация- ; г – 0,05 в 400 крат образце с МАГН агарозе в ном геле происход мератов чем выш дать на ф Для о зарегист крат. Пр фии неу мг/мл, н нерезким На ри нитей» в На фо Рис. 3. Ф нетита: а 0,025 мг/ НИТНЫЕ НИТ видно, что е и высуш дит образо зависит от ше концен фотографи образцов с трировать ри увеличе упорядочен но из-за бо ми и их рег исунке 3 п в агарозном отографиях а г Фотографии а – 0,5 мг/м /мл; е – 0,0 ТИ ИЗ НАНО о после дис шивания о ование агл т концентр трация, те ях и тем бо концентра оптически ении 1000 нных обра ольшого ув гистрация приведены м геле. х упорядоч ж «магнитны мл; б – 0,25 01 мг/мл,ж ОЧАСТИЦ М спергирова образца в о ломератов н рации нано ем больше ольше разм ациями ме ие фотогр 0 крат мож азцов впло величения затруднен ы оптическ ченных об б д ых нитей» с 5 мг/мл; в – ж– 0,005мг МАГНЕТИТА ания наном отсутствии наномагне омагнетит е агломера мер агломе енее 0,01 м рафии при жно регист оть до кон такие фот на. кие фотогр бразцов чё з разными к – 0,1 мг/мл г/мл, з– 0, И ИХ СВОЙ магнетита и магнитно етита. Разм а в агарозн атов можно ратов. мг/мл нев и увеличе трировать нцентрации тографии я рафии «ма ётко видны в е концентраци ; г – 0,05 м 0025мг/мл ЙСТВА 125 в агароз- ого поля мер агло- ном геле: о наблю- возможно ении 400 фотогра- и 0,0025 являются агнитных ы образо- иями маг- мг/мл; д – л. 126 Н. А. ДУДЧЕНКО, А. Б. БРИК, В. Л. КАРБОВСКИЙ и др. вавшиеся в магнитном поле «магнитные нити». Следует отметить, что с понижением концентрации наномагнетита толщина и длина «нитей» уменьшаются. В таблице 1 приведены размеры агрегатов неупорядоченных образцов и «магнитных нитей». Ширина магнитных нитей превышает размер агрегатов при оди- наковой концентрации магнетита в образце. Показано, что при концентрации 0,5 мг/мл толщина магнитных нитей равна в сред- нем 10 мкм, а длина на порядки превышает толщину, а при концен- трации 0,0025 мг/мл толщина магнитных нитей равна приблизи- тельно 0,7 мкм, а длина – приблизительно 15 мкм. Рассмотрим образование агрегатов наночастиц без наложения магнитного поля. В этом случае, на процессы формирования агре- гатов наночастиц магнетита действуют такие факторы: взаимодей- ствие магнитных моментов расположенных рядом наночастиц, вязкость геля (которая зависит от степени разведения агарозы) и температура раствора агарозы, которая влияет на подвижность на- ночастиц. При этом чем выше температура раствора, тем меньше вязкость раствора и тем больше скорость движения наночастиц под влиянием взаимодействия магнитных моментов расположенных рядом наночастиц. В результате, увеличивается скорость образова- ния агрегатов и их размер. На размер агрегатов влияет также кон- центрация наночастиц в растворе агарозы. А именно, при большей ТАБЛИЦА 1. Ширина магнитных нитей (1—8) и диаметр агрегатов нано- частиц (1 —8) при разной концентрации наномагнетита в образце. № образца Концентрация,мг/мл Магнитное поле Размеры, мкм 1 0,5 + 15—3 2 0,25 + 11—3 3 0,1 + 6—1 4 0,05 + 5—1 5 0,025 + 2—1 6 0,01 + около 1 7 0,005 + около 1 8 0,0025 + около 1 1* 0,5 – 5—2 2* 0,25 – 4—2 3* 0,1 – 4—1 4* 0,05 – 3—1 5* 0,025 – 2—1 6* 0,01 – около 1 7* 0,005 – около 1 8* 0,0025 – около 1 МАГНИТНЫЕ НИТИ ИЗ НАНОЧАСТИЦ МАГНЕТИТА И ИХ СВОЙСТВА 127 концентрации наночастиц в растворе, расстояние между частицами меньше, соответственно взаимодействие магнитных моментов рас- положенных рядом частиц больше, что приводит к образованию больших по размеру агрегатов. На процесс упорядочения наночастиц магнетита в магнитном по- ле и на формирование магнитных нитей влияют такие факторы: взаимодействие магнитных моментов наночастиц между собой; степень разведения агарозы, и, соответственно, вязкость раствора агарозы; температура агарозного геля, при которой происходит формирование магнитных нитей. При наложении магнитного поля, кроме вышеназванных процессов, происходит взаимодействие ча- стиц с внешним магнитным полем. Это взаимодействие стимулиру- ет выстраивание магнитных моментов (и, соответственно, наноча- стиц) относительно внешнего магнитного поля. Поскольку исполь- зовавшиеся наночастицы магнетита (размером 50 нм) являются од- нодоменными (минимальный размер однодоменности для сфериче- ских частиц магнетита составляет более 100 нм, а в суперпарамаг- нитное состояние наночастицы переходят при размерах менее 30 нм), то поворот магнитного момента наночастицы приводит к повороту наночастицы. Таким образом, наложение магнитного по- ля приводит к выстраиванию магнитных наночастиц относительно магнитного поля способом «голова—хвост» и образованию магнит- ных нитей. 3.2. ФМР магнитных нитей Созданные образцы магнитных нитей и «неупорядоченные» образ- цы наномагнетита исследовали методом ФМР. Исходя из того, что «неупорядоченные» образцы изотропны, то регистрацию спектров ФМР выполняли в одном, произвольно выбранном положении по отношению к магнитному полю спектрометра. Образцы магнитных нитей исследовали в диапазоне углов ϕ от 0° до 180° с шагом 10° (ϕ – угол между осью линейных агрегатов и направлением магнитного поля спектрометра). Спектры ФМР маг- нитных нитей довольно узкие, по сравнению со спектрами «неупо- рядоченных» образцов (рис. 4). При повороте образца магнитных нитей в диапазоне углов ϕ от 0° до 180° происходит сдвиг спектров в высокие поля и уширение спектров (рис. 5). Параметры спектров ФМР исследуемых образцов представлены в табл. 2. Спектры ФМР образцов с концентрациями 0,005 и 0,0025 мг/мл корректно обработать чрезвычайно сложно, поэтому в таб- лице 2 не приводятся данные для этих двух концентраций. ФМР-спектры образцов магнитных нитей проявляют такую за- кономерность: эффективный g-фактор спектров всех образцов мак- 128 Н. А. ДУДЧЕНКО, А. Б. БРИК, В. Л. КАРБОВСКИЙ и др. симален при значениях угла ϕ 0 и 180°, а минимален при значениях угла ϕ = 90°. Значения поля максимального поглощения (Beff) спек- тров всех образцов минимально при значении угла ϕ 0°, растёт при увеличении угла ϕ до 90°, а затем падает при увеличении угла ϕ до 180°. Эффективный g-фактор спектров «неупорядоченных» образ- цов имеет значение ниже (2,33—2,47), чем g-фактор спектров маг- нитных нитей при значениях угла ϕ = 0° (2,75—4,57). Значение поля максимального поглощения (Beff) спектров «неупорядоченных» об- разцов выше (283—300 мТл), чем для спектров магнитных нитей при значениях угла ϕ = 0° (177—254 мТл). Из экспериментальных данных видно, что интегральная интенсивность спектров магнит- ных нитей, а также «неупорядоченных» образцов, уменьшается с уменьшением количества наночастиц магнетита в образце. Параметр FWHMBΔ для образцов магнитных нитей, зарегистриро- ванных в положении ϕ = 0°, лежит в диапазоне 153—250 мТл. Этот же параметр, измеренный для «неупорядоченных» образцов, ле- жит в диапазоне 115—195 мТл. Отметим, что в работе [7], приведены значения параметра FWHMBΔ для образцов синтетического наномаг- а б Рис. 4. Спектры ФМР образца с концентрацией 0,5 мг/мл: а – магнит- ных нитей; б – «неупорядоченного» образца. а б в Рис. 5. Спектры ФМР образца магнитных нитей с концентрацией 0,5 мг/мл, зарегистрированные при углах ϕ = 0° (а), ϕ = 40° (б) и ϕ = 90° (в). МАГНИТНЫЕ НИТИ ИЗ НАНОЧАСТИЦ МАГНЕТИТА И ИХ СВОЙСТВА 129 нетита, которые находятся в диапазоне 200—300 мТл. Таким образом, образцы магнитных нитей, созданных по разра- ботанной нами технологии, имеют более узкие спектры, чем спек- тры, «неупорядоченных» образцов наночастиц магнетита. Кроме того, спектры ФМР созданных нами магнитных нитей по значению эффективного g-фактора и ширине сигналов близки к спектрам ФМР магнитотактических бактерий [7, 8]. 4. ВЫВОДЫ Разработана технология создания магнитных нитей с помощью ТАБЛИЦА 2. Параметры спектров ФМР образцов магнитных нитей и «неупорядоченных» образцов наночастиц магнетита, где I – нормирован- ный двойной интеграл спектра. Концентрация, г/л ϕ, град geff Beff,мТл ΔВFWHM,мТл I, отн. ед. 0,5 – 2,47 283 195 1796 0 4,57 183 153 2456 40 3,25 216 175 2524 90 2,33 300 219 2403 0,25 – 2,43 288 184 1176 0 3,80 184 155 2052 40 3,42 205 170 2109 90 2,24 313 239 2014 0,1 – 2,43 288 172 456 0 3,97 177 213 926 40 3,15 222 186 1070 90 2,39 292 344 1059 0,05 – 2,43 288 175 228 0 3,07 228 189 196 40 3,15 222 186 206 90 2,27 308 186 194 0,025 – 2,33 300 149 138 0 2,75 255 234 111 40 2,45 286 209 118 90 2,16 323 159 98 0,01 – 2,43 288 115 – 0 3,37 208 250 80 40 2,54 275 194 52 90 2,05 341 219 57 130 Н. А. ДУДЧЕНКО, А. Б. БРИК, В. Л. КАРБОВСКИЙ и др. магнитного поля (450 мТл), позволяющая получать образцы маг- нитных нитей, а также «неупорядоченные» образцы наномагнетита в диапазоне концентраций наномагнетита 0,5—0,0025 мг/мл. С по- мощью метода оптической микроскопии показано, что толщина со- зданных магнитных нитей составляет от нескольких до 1 мкм, в за- висимости от исходной концентрации наномагнетита в растворе. Показано, что спектры ФМР образцов магнитных нитей, а также «неупорядоченных» образцов довольно узкие (153—250 мТл и 115— 195 соответственно). Образцы магнитных нитей являются анизо- тропными, а их спектры имеют максимум линии поглощения в бо- лее низких полях (≅ 200 мТл), чем спектры «неупорядоченных» об- разцов (≅ 300 мТл). Полученные результаты являются важными для понимания процессов биологической минерализации наномагнетита, а также для создания синтетических аналогов этого биоминерала. БЛАГОДАРНОСТИ Авторы работы выражают благодарность Центру коллективного пользования «ЭПР-спектроскопия» при Институте сорбции и про- блем эндоэкологии НАН Украины. Работа выполнена в рамках проекта 7/11-Н целевой комплекс- ной программы фундаментальных исследований НАН Украины «Фундаментальні проблеми наноструктурних систем, наноматеріа- лів, нанотехнологій». ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. R. P. Blakemore, Science, 19: 377 (1975). 2. R. E. Kopp, C. Z. Nash, A. Kobayashi et al., J. Geophys. Res., 111: B12S25 (2006). 3. Y. Liu and Q. Chen, Nanotechnology, 19, No. 47: 5603 (2008). 4. M. Wu, Y. Xiong, Y. Jia et al., Chem. Phys. Lett., 401, Nos. 4—6: 374 (2005). 5. Y. Zhang, L. Sun, Y. Fu et al., J. Phys. Chem. C, 113, No. 19: 8152 (2009). 6. B. Li, D. Jia, Y. Zhou et al., J. Magn. Magn. Mat., 306, No. 2: 223 (2006). 7. R. E. Kopp, B. P. Weiss, A. C. Maloof et al., Earth Planet. Sci. Lett., 247: 10 (2006). 8. B. P. Weiss, S. S. Kim, J. L. Kirschvink et al., Earth Planet. Sci. Lett., 224: 73 (2004).
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-75903
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1816-5230
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T18:55:42Z
publishDate	2013
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
record_format	dspace
spelling	Дудченко, Н.А. Брик, А.Б. Карбовский, В.Л. Багмут, Н.Н. Карданец, Ю.В. 2015-02-05T18:12:22Z 2015-02-05T18:12:22Z 2013 Магнитные нити из наночастиц магнетита и их свойства по данным ферромагнитного резонанса / Н.А. Дудченко, А.Б. Брик, В.Л. Карбовский, Н.Н. Багмут, Ю.В. Карданец // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2013. — Т. 11, № 1. — С. 119-130. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1816-5230 PACSnumbers:61.05.Qr,75.50.Gg,75.75.Cd,81.07.Wx,87.61.Bj,87.80.Lg,87.64.M- https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75903 Разработана технология приготовления магнитных нитей из наночастиц магнетита в агарозном геле с помощью магнитного поля. Созданы образцы магнитных нитей и «неупорядоченные» образцы в диапазоне концентраций наномагнетита 0,5—0,0025 мг/мл. С помощью метода оптической микроскопии показано, что в образцах магнитных нитей длина нитей намного превышает их ширину, а в «неупорядоченных» образцах образуются агрегаты наночастиц меньшего размера. С помощью метода ФМР показано, что образцы магнитных нитей являются анизотропными. При ориентации магнитных нитей вдоль поля спектрометра регистрируется довольно узкий спектр ФМР, который сильно уширяется при повороте магнитных нитей перпендикулярно полю спектрометра. Форма и положение спектров магнитных нитей, расположенных перпендикулярно полю спектрометра, близка к форме и положению спектров «неупорядоченных» образцов. Спектры магнитных нитей имеют максимум линии поглощения в более низких полях, чем спектры «неупорядоченных» образцов. Розроблено технологію приготування магнетних ниток з наночастинок магнетиту в агарозному ґелі за допомогою магнетного поля. Створено зразки магнетних ниток і «невпорядковані» зразки в діапазоні концентрацій наномагнетиту 0,5—0,0025 мг/мл. За допомогою методи оптичної мікроскопії показано, що в зразках магнетних ниток довжина ниток набагато перевищує їх ширину, а в «невпорядкованих» зразках утворюються аґреґати наночастинок меншого розміру. За допомогою методи ФМР показано, що зразки магнетних ниток є анізотропними. При орієнтації магнетних ниток уздовж поля спектрометра реєструється досить вузький спектр ФМР, який сильно розширюється при повороті магнетних ниток перпендикулярно полю спектрометра. Форма і положення спектрів магнетнихниток, розташованих перпендикулярно полю спектрометра, близька до форми і положення спектрів «невпорядкованих» зразків. Спектри магнетних ниток мають максимум лінії поглинання в нижчих полях, аніж спектри «невпорядкованих» зразків. Technology is developed to fabricate magnetic threads made of magnetite nanoparticles in agarose gel, using magnetic field. Samples of magnetic threads and ‘disordered’ samples are fabricated in the range of nanomagnetite concentrations 0.5—0.0025 mg/ml. As shown, using optical microscopy, in the samples of magnetic threads, the length of thread considerably exceeds its width, while the aggregates of nanoparticles of less size appear in ‘disordered’ samples. As shown by means of FMR, the samples of magnetic threads are anisotropic. Narrow enough FMR spectra are registered by orientation of magnetic threads parallel to the spectrometer magnetic field, while the orientation of magnetic threads perpendicular to the spectrometer magnetic field leads to a strong broadening of the spectra. The form and position of spectra of magnetic threads oriented perpendicular to the spectrometer magnetic field are similar to the form and position of spectra of ‘disordered’ samples. The maximum of absorption line of the spectra of magnetic threads lies in low fields, whereas maximum of absorption line of the spectra of ‘disordered’ samples lies in higher fields. Авторы работы выражают благодарность Центру коллективного пользования «ЭПР-спектроскопия» при Институте сорбции и проблем эндоэкологии НАН Украины. Работа выполнена в рамках проекта 7/11-Н целевой комплексной программы фундаментальных исследований НАН Украины «Фундаментальні проблеми наноструктурних систем, наноматеріалів, нанотехнологій». ru Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Магнитные нити из наночастиц магнетита и их свойства по данным ферромагнитного резонанса Article published earlier
spellingShingle	Магнитные нити из наночастиц магнетита и их свойства по данным ферромагнитного резонанса Дудченко, Н.А. Брик, А.Б. Карбовский, В.Л. Багмут, Н.Н. Карданец, Ю.В.
title	Магнитные нити из наночастиц магнетита и их свойства по данным ферромагнитного резонанса
title_full	Магнитные нити из наночастиц магнетита и их свойства по данным ферромагнитного резонанса
title_fullStr	Магнитные нити из наночастиц магнетита и их свойства по данным ферромагнитного резонанса
title_full_unstemmed	Магнитные нити из наночастиц магнетита и их свойства по данным ферромагнитного резонанса
title_short	Магнитные нити из наночастиц магнетита и их свойства по данным ферромагнитного резонанса
title_sort	магнитные нити из наночастиц магнетита и их свойства по данным ферромагнитного резонанса
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75903
work_keys_str_mv	AT dudčenkona magnitnyenitiiznanočasticmagnetitaiihsvoistvapodannymferromagnitnogorezonansa AT brikab magnitnyenitiiznanočasticmagnetitaiihsvoistvapodannymferromagnitnogorezonansa AT karbovskiivl magnitnyenitiiznanočasticmagnetitaiihsvoistvapodannymferromagnitnogorezonansa AT bagmutnn magnitnyenitiiznanočasticmagnetitaiihsvoistvapodannymferromagnitnogorezonansa AT kardanecûv magnitnyenitiiznanočasticmagnetitaiihsvoistvapodannymferromagnitnogorezonansa

Магнитные нити из наночастиц магнетита и их свойства по данным ферромагнитного резонанса

Репозитарії

Схожі ресурси