Наночастицы магнетита, полученные способом конденсации молекулярных пучков в вакууме

Приведены результаты исследования структуры конденсатов, фазового состава и размеров наночастиц Fe₃O₄ в зависимости от температуры подложки при осаждении их из паровой фазы с использованием электронно-лучевой технологии испарения и конденсации в вакууме. Показана возможность получения стабилизирован...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2009
Hauptverfasser:	Курапов, Ю.А., Дидикин, Г.Г., Романенко, С.М., Литвин, С.Е.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2009
Schriftenreihe:	Современная электрометаллургия
Schlagworte:	Электронно-лучевые процессы
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96006
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Наночастицы магнетита, полученные способом конденсации молекулярных пучков в вакууме / Ю.А. Курапов, Г.Г. Дидикин, С.М. Романенко, С.Е. Литвин // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 3 (96). — С. 26-28. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96006
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-960062025-02-09T21:24:27Z Наночастицы магнетита, полученные способом конденсации молекулярных пучков в вакууме Nanoparticles of magnetite produced by the method of condensation of molecular beams in vacuum Курапов, Ю.А. Дидикин, Г.Г. Романенко, С.М. Литвин, С.Е. Электронно-лучевые процессы Приведены результаты исследования структуры конденсатов, фазового состава и размеров наночастиц Fe₃O₄ в зависимости от температуры подложки при осаждении их из паровой фазы с использованием электронно-лучевой технологии испарения и конденсации в вакууме. Показана возможность получения стабилизированной коллоидной системы наночастиц магнетита Fe₃O₄. Исследовано распределение по размерам наночастиц Fe₃O₄ в водном растворе декстрана. Results of investigation of structure of condensates, phase composition and sizes of nanoparticles Fe₃O₄ depending on temperature of substrate during their deposition from a vapor phase using electron beam technology of evaporation and condensation in vacuum are given. The feasibility of producing the stabilized colloid system of nanoparticles of magnetite Fe₃O₄ is shown. Distribution of nanoparticles of Fe₃O₄ in water solution of dextran was investigated. 2009 Article Наночастицы магнетита, полученные способом конденсации молекулярных пучков в вакууме / Ю.А. Курапов, Г.Г. Дидикин, С.М. Романенко, С.Е. Литвин // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 3 (96). — С. 26-28. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96006 539.21:621.39.048 ru Современная электрометаллургия application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Электронно-лучевые процессы Электронно-лучевые процессы
spellingShingle	Электронно-лучевые процессы Электронно-лучевые процессы Курапов, Ю.А. Дидикин, Г.Г. Романенко, С.М. Литвин, С.Е. Наночастицы магнетита, полученные способом конденсации молекулярных пучков в вакууме Современная электрометаллургия
description	Приведены результаты исследования структуры конденсатов, фазового состава и размеров наночастиц Fe₃O₄ в зависимости от температуры подложки при осаждении их из паровой фазы с использованием электронно-лучевой технологии испарения и конденсации в вакууме. Показана возможность получения стабилизированной коллоидной системы наночастиц магнетита Fe₃O₄. Исследовано распределение по размерам наночастиц Fe₃O₄ в водном растворе декстрана.
format	Article
author	Курапов, Ю.А. Дидикин, Г.Г. Романенко, С.М. Литвин, С.Е.
author_facet	Курапов, Ю.А. Дидикин, Г.Г. Романенко, С.М. Литвин, С.Е.
author_sort	Курапов, Ю.А.
title	Наночастицы магнетита, полученные способом конденсации молекулярных пучков в вакууме
title_short	Наночастицы магнетита, полученные способом конденсации молекулярных пучков в вакууме
title_full	Наночастицы магнетита, полученные способом конденсации молекулярных пучков в вакууме
title_fullStr	Наночастицы магнетита, полученные способом конденсации молекулярных пучков в вакууме
title_full_unstemmed	Наночастицы магнетита, полученные способом конденсации молекулярных пучков в вакууме
title_sort	наночастицы магнетита, полученные способом конденсации молекулярных пучков в вакууме
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2009
topic_facet	Электронно-лучевые процессы
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96006
citation_txt	Наночастицы магнетита, полученные способом конденсации молекулярных пучков в вакууме / Ю.А. Курапов, Г.Г. Дидикин, С.М. Романенко, С.Е. Литвин // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 3 (96). — С. 26-28. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
series	Современная электрометаллургия
work_keys_str_mv	AT kurapovûa nanočasticymagnetitapolučennyesposobomkondensaciimolekulârnyhpučkovvvakuume AT didikingg nanočasticymagnetitapolučennyesposobomkondensaciimolekulârnyhpučkovvvakuume AT romanenkosm nanočasticymagnetitapolučennyesposobomkondensaciimolekulârnyhpučkovvvakuume AT litvinse nanočasticymagnetitapolučennyesposobomkondensaciimolekulârnyhpučkovvvakuume AT kurapovûa nanoparticlesofmagnetiteproducedbythemethodofcondensationofmolecularbeamsinvacuum AT didikingg nanoparticlesofmagnetiteproducedbythemethodofcondensationofmolecularbeamsinvacuum AT romanenkosm nanoparticlesofmagnetiteproducedbythemethodofcondensationofmolecularbeamsinvacuum AT litvinse nanoparticlesofmagnetiteproducedbythemethodofcondensationofmolecularbeamsinvacuum
first_indexed	2025-11-30T23:43:58Z
last_indexed	2025-11-30T23:43:58Z
_version_	1850260841638658048
fulltext	УДК 539.21:621.39.048 НАНОЧАСТИЦЫ МАГНЕТИТА, ПОЛУЧЕННЫЕ СПОСОБОМ КОНДЕНСАЦИИ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ПУЧКОВ В ВАКУУМЕ Ю. А. Курапов, Г. Г. Дидикин, С. М. Романенко, С. Е. Литвин Приведены результаты исследования структуры конденсатов, фазового состава и размеров наночастиц Fe3O4 в зависимости от температуры подложки при осаждении их из паровой фазы с использованием электронно-лучевой технологии испарения и конденсации в вакууме. Показана возможность получения стабилизированной коллоидной системы наночастиц магнетита Fe3O4. Исследовано распределение по размерам наночастиц Fe3O4 в водном растворе декстрана. Results of investigation of structure of condensates, phase composition and sizes of nanoparticles Fe3O4 depending on temperature of substrate during their deposition from a vapor phase using electron beam technology of evaporation and condensation in vacuum are given. The feasibility of producing the stabilized colloid system of nanoparticles of magnetite Fe3O4 is shown. Distribution of nanoparticles of Fe3O4 in water solution of dextran was investigated. Ключ е вы е с л о в а : электронно-лучевое испарение и осаждение; наночастицы; магнетит Прогресс в области нанотехнологий способствовал разработке наноматериалов для аэрокосмической, автомобильной и электронной отраслей промыш- ленности. Перспективной областью применения на- нотехнологий является также медицина. Больше всего изучены и применяются в электронике и ме- дицине наночастицы оксидов железа—магнетита (Fe3O4) и маггемита (γ-Fe2O3). Магнетит использу- ют для синтеза магнитных жидкостей и магнитных лекарственных препаратов. В отличие от многих металлов и их соединений, магнетит практически безвреден для организма человека. Впервые мето- дику получения стабилизированного коллоидного раствора магнетита предложил В. Элмор [1]. Традиционно для приготовления наночастиц применяют химические способы [2]. Как правило, наночастицы производят путем смешивания водных растворов солей соответствующих металлов с вос- становителями, при этом получают растворы, в ко- торых наряду с наночастицами присутствуют при- меси ионов компонентов, участвующих в реакциях. Физические способы получения наночастиц поз- воляют в большинстве случаев избавиться от пос- торонних примесей, как при эрозионно-взрывных способах [3, 4]. Однако их производительность не может, по-видимому, конкурировать со способом молекулярных пучков, осуществляемым в элект- ронно-лучевых испарительных установках [5]. В медицине магнетит используют в качестве дис- персной фазы в магнитных жидкостях. Дисперсные частицы из-за небольших размеров находятся в жидких средах в интенсивном тепловом движении. Непокрытые металлические наночастицы агрегиру- ют в водной среде. При введении в организм жи- вотного они образуют тромбы сосудов, приводят к разрыву и некрозу тканей. Чтобы добиться агрега- тивной стойкости, биосовместимости и снижения токсичности, наночастицы стабилизируют. Для создания адсорбционных слоев, препятству- ющих укрупнению частиц вследствие их слипания, в коллоид вводят стабилизатор – поверхностно-ак- тивное вещество (ПАВ), в качестве которого, как правило, используют вещества, состоящие из по- лярных органических молекул, создающих на по- верхности дисперсных частиц адсорбционно-соль- ватные слои [6]. Согласно работе [7], коллоидные частицы маг- нитной жидкости являются агрегатами однодомен- ных частиц. Агрегаты образуются из крупных час- тиц, имеющихся в магнитной жидкости, при отсут- ствии магнитного поля [8, 9]. В стойких коллоидах размер частиц не превышает 10…15 нм. Материалы и методика эксперимента. Наночасти- цы получали путем испарения и последующей кон- денсации смешанных молекулярных потоков маг- нетита Fe3O4 (или маггемита γ-Fe2O3) и соли NaCl в вакуумной электронно-лучевой установке по ме- тодике, описанной в работе [5]. Температура по- верхности конденсации (стальной или медной под- ложки) составляла 50…200 °С. Конденсат, отделен- ный от подложки, исследовали в исходном состо- янии и в виде коллоидных водных систем. © Ю. А. КУРАПОВ, Г. Г. ДИДИКИН, С. М. РОМАНЕНКО, С. Е. ЛИТВИН, 2009 26 Кинетику окисления железа, магнетита и магге- мита изучали в атмосферной среде с помощью тер- могравиметрического анализатора TGA7 («Perkin Elmer», США) чувствительностью до 0,1 мкг при скорости нагрева/охлаждения 10 °С/мин в диапа- зоне значений температуры 20…650 °С. Структуру и химический состав конденсатов исследовали на растровом сканирующем электронном микроскопе «CamScan 4D» в режиме вторичных и упругоотра- женных электронов и энергодисперсионной систе- мы рентгеноспектрального микроанализа «INCA-200 Energy». Структуру и фазовый состав частиц ана- лизировали методами просвечивающей электрон- ной микроскопии на микроскопе «Hitachi H-800» при ускоряющем напряжении 100 кВ. Распределе- ние наночастиц по размерам в коллоидной системе определяли методом фотон-корреляционной спект- роскопии [10, 11] на лазерном корреляционном спектрометре «Zeta Sizer-3» (фирма «Malvern», Ве- ликобритания). Результаты исследований. Процессы окисления железной стружки, магнетита и маггемита на воз- духе с увеличением температуры исследовали тер- Рис. 1. Кинетика окисления Fe (1), Fe3O4 (2) и Fe2O3 (3) на воздухе при нагреве и охлаждении Рис. 2. Микроструктура (а—в) и рентгенограммы (г—е) наночастиц Fe3O4 в зависимости от температуры осаждения конденсатов, °С: а, г – 30; б, д – 100; в, е – 220; 400000, уменьш. 1,125 27 могравиметрическим методом. На рис. 1 приведены кривые окисления этих материалов. Как видно, про- цесс окисления железа начинается при температуре около 350 °С (рис.1, кривая 1). Образец магнетита доокисляется, увеличивая свою массу, от температу- ры 340 °С и продолжает окисляться до 650 °С; при охлаждении масса образца остается практически не- изменной (рис. 1, кривая 2). Масса образца маггеми- та, высшего оксида железа, в процессе нагрева на воздухе до 650 °С и при последующем охлаждении практически не изменяется (рис. 1, кривая 3). Маггемит в процессе нагрева и расплавления в вакууме разлагается с выделением кислорода и по- следующим переходом в магнетит. Процесс испаре- ния магнетита в вакууме проходит стабильно, поэ- тому исследованные конденсаты были получены при использовании магнетита. Изготовленный на подложке с градиентом тем- пературы конденсат композиции Fe3O4 + NaCl из- меняет свою окраску по мере увеличения темпера- туры подложки от 50 до 200 °С от светло-коричневой до черной. Химическим анализом установлено при- сутствие железа, натрия, хлора и кислорода, при этом массовые доли железа и кислорода отвечают стехиометрическому составу Fe3O4. В ходе исследования методом просвечивающей электронной микроскопии взвеси частиц, получен- ных путем растворения конденсата в воде, зафик- сировано присутствие наноразмерной субстанции (рис. 2, а—в). Средний размер частиц возрастал от 3…4 до 15…20 нм при увеличении температуры подложки от 20 до 200 °С (рис. 3). По мере увели- чения размеров частиц дифракционные кольца ста- новятся четкими (рис. 2, г—е). Фазовый состав час- тиц соответствует Fe3O4. Конденсат с наночастицами магнетита исследо- вали на предмет их стабилизации водным раствором декстрана. При растворении конденсата с частица- ми магнетита в воде наночастицы слипались в агре- гаты и выпадали в осадок. В случае стабилизации наночастиц декстраном некоторая доля частиц маг- нетита покрывалась адсорбционным слоем ПАВ и зависала в растворе, изменяя его окраску и проз- рачность. Остальные частицы образовали агрегаты, выпадающие на дно сосуда [8, 9]. На рис. 4 показано распределение по размерам наночастиц Fe3O4 в водном растворе декстрана (с учетом соотношения количества), определенное с помощью фотонкорреляционной спектроскопии. Количественная кривая распределения частиц име- ла один максимум при 18 нм (рис. 4, кривая 1), а наночастиц с учетом их объема – максимумы при 18 и 400 нм (рис. 4, кривая 2). Максимум при 400 нм свидетельствует о наличии крупных агрегатов, хотя количество их практически равно нулю, на что указывает функция распределения частиц по количес- тву (рис. 4, кривая 1). Этими крупными агрегатами, по-видимому, могут быть отдельные комплексы, состоящие из молекул самого ПАВ. Таким образом, синтез наночастиц магнетита спо- собом конденсации молекулярных пучков в вакууме позволяет производить сухую медицин-скую субстан- цию, исключить обязательную операцию совмещения процесса синтеза со стабилизацией наночастиц при приготовлении коллоидных систем. Этот способ дает возможность получать, консервировать, сохранять и транспортировать наночастицы. Последующая стаби- лизация наночастиц при помощи ПАВ, в частности декстраном, открывает перспективы приготовления дисперсных растворов с заданной фракцией расп- ределения магнетита для нужд медицины. 1. Elmore W. C. Ferromagnetic colloid for studing magnetic structures // The Physical Review. – 1938. – 54, № 4. – P. 309. 2. Бибик Е. Е., Бузунов О. Е. Достижения в области полу- чения и применения магнитных жидкостей. – М.: ЦНИИ «Электроника», 1979. – 60 с. 3. Каплуненко В. Г., Косинов Н. В., Поляков Д. В. Получе- ние новых биогенных и биоцидных наноматериалов с по- мощью эрозионно-взрывного диспергирования метал- лов// Сб. тр. по материалам науч.-практич. конф. с междунар. участием. – Новосибирск, 2007. – С. 134— 137. 4. Месяц Г. А., Баренгольц С. А. Сильноточная вакуумная дуга как коллективный многоэктонный процесс // Докл. РАН. – 2000. – 375, № 4. – С. 462-465. 5. Мовчан Б. А. Электронно-лучевая нанотехнология и но- вые материалы в медицине – первые шаги // Вісник фармакології та фармації. – 2007. – № 12. – С. 5—13. 6. Нечаева О. А. Структурная организация магнитных кол- лоидов в электрическом и магнитном полях: Дис. … канд. физ.-мат. наук. – Ставрополь, 2003. – 120 с. 7. Майоров М. М. Измерение вязкости феррожидкости в магнитном поле // Магнитная гидродинамика. – 1980. – № 4. – С. 11—18. 8. Krueger D. A. Theoretical estima tes of equilibrium chain Lenghts in Magnetic colloids // Colloid and Interfase Sci- ence. – 1979. – 70, № 3. – P. 558—563. 9. Krueger D. A. Review of agglomeration in ferrofluids // IEEE Transactions of Magnetics. – 1980. – 16, № 2. – P. 251—256. 10. Лазерная корреляционная спектроскопия и биология / А. Д. Лебедев, Ю. Н. Левчук, А. В. Ломакин, В. А. Нос- кин. – Киев: Наук. думка, 1987. – 256 с. 11. Применение лазерной корреляционной спектроскопии для ЭФ биологических объектов в растворах / А. Д. Лебедев, А. В. Ломакин, В. А. Носкин и др. // Инструменталь- ные методы в физиологии и биофизике. – Л.: Наука, 1987. – С. 90—95. Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев Поступила в редакцию 19.05.2009 Рис. 3. Изменение среднего размера частиц Fe3O4 в зависимости от температуры подложки Tп; A – размер частиц Fe3O4 Рис. 4. Количественное (1) и объемное (2) распределения частиц в водном растворе декстрана 28

Наночастицы магнетита, полученные способом конденсации молекулярных пучков в вакууме

Institution

Ähnliche Einträge