Синтез, структура і магнітні характеристики однодоменних наночастинок твердих розчинів (Fe1-xMnx)Fe2O4
Single-domain nanoparticles synthesized solid solutions (Fe1-xMnx) Fe2O4. Study their crystal structure, surface morphology and magnetic properties of X-ray diffraction, transmission electron microscopy, and vibrating sample magnetometer. Dependence of saturation magnetization and coercive force of...
Gespeichert in:
| Datum: | 2015 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2015
|
| Online Zugang: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/580 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Surface |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Surface| _version_ | 1869291729314643968 |
|---|---|
| author | Gorbyk, P. P. Dubrovin, I. V. Abramov, N. V. |
| author_facet | Gorbyk, P. P. Dubrovin, I. V. Abramov, N. V. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "P. P. Gorbyk",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "I. V. Dubrovin",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "N. V. Abramov",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
}
] |
| author_sort | Gorbyk, P. P. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2018-11-27T09:34:56Z |
| description | Single-domain nanoparticles synthesized solid solutions (Fe1-xMnx) Fe2O4. Study their crystal structure, surface morphology and magnetic properties of X-ray diffraction, transmission electron microscopy, and vibrating sample magnetometer. Dependence of saturation magnetization and coercive force of the manganese concentration in the nanoparticles was determined. It is noted that the obtained materials can be used in micro- and optical electronics, electrical engineering, biomedical and other fields. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:16Z |
| format | Article |
| fulltext |
Поверхность. 2015. Вып. 7(22). С. 186–195 186
УДК 544.015.2:546.722
СИНТЕЗ, СТРУКТУРА І МАГНІТНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ОДНОДОМЕННИХ НАНОЧАСТИНОК ТВЕРДИХ
РОЗЧИНІВ (Fe1-xMnx)Fe2O4
П.П. Горбик, І.В. Дубровін, М.В. Абрамов
Інститут хімії поверхні ім. О.О.Чуйка Національної академії наук України
вул. Генерала Наумова, 17, 03164, Київ-164, Україна, e-mail: abramovnv@rambler.ru
Синтезовані однодоменні наночастинки (НЧ) твердих розчинів (Fe1-xMnx)Fe2O4.
Досліджено їх кристалічну структуру, морфологію поверхні і магнітні характеристики
методами рентгенофазового аналізу, просвічуючої електронної мікроскопіїі та вібраціонної
магнітометрії . Визначено залежності намагніченності насичення та коерцитивної сили
ансамблів НЧ від концентрації марганцю. Одержаний матеріал може бути використаний в
мікро- та оптоелектроніці, електротехніці, біомедицині та інших областях.
Вступ
Одержання та дослідження НЧ феритів становить значний інтерес як з точки
зору вирішення фундаментальних проблем фізики твердого тіла і фізичної хімії, так і в
зв’язку з суто прикладними питаннями. Нанорозмірні структури з феримагнітними
властивостями знайшли своє застосування при виготовленні ряду функціональних
матеріалів в електроніці і НВЧ-техніці, наприклад, магнітних носіїв інформації, в
техніці – в різноманітних вживаннях магнітних рідин у системах герметизації валів, в
амортизаторах, гучномовцях, магнітокерованих датчиках, каталізаторах, сенсорах,
пігментах, сепараторах немагнітних матеріалів, апаратах для очистки води від
нафтопродуктів, а також в теплових насосах. Існує велика кількість варіантів медико-
біологічного застосування НЧ феритів [1–5], наприклад, для поділу біомолекул,
цілеспрямованої доставки ліків, електромагнітної локальної гіпертермії, як контрастної
речовини для магніторезонансної томографії (МРТ) тощо.
Марганцеві ферити належть до класу феритів-шпінелей. Вони є одними з
основних матеріалів НВЧ-техніки [6]. НЧ марганцевих феритів використовуються у
медицині як агенти МРТ [7, 8] і засоби гіпертермії в складі композитів [9–10] для
ефективного розігріву канцерогенних пухлин [11].
У загальному випадку розподіл катіонів у фериті-шпінелі можна представити у
вигляді (Me2+
δFe3+
1-δ)A[Me2+
1-δFe3+
1+δ]BO4. При δ = 1 реалізується нормальна шпінель, при
δ = 0 – обернена, при δ = 1/3 – статистичний розподіл катіонів по тетра- (А) і
октаедричним (В) позиціям кубічної структури. Ферити зі структурою нормальної
шпінелі Zn2+[Fe2+
2]O4 і Cd2+[Fe2+
2]O4 взагалі є не феромагнітними. Ферити заліза,
марганцю, кобальту, літію, нікелю і міді мають структуру оберненої шпінелі [12], є
феромагнітними і їх намагніченість визначається іонами Me2+ у позиціях B.
Марганцевий ферит (гр. сим. Fd3m) – це магніто-м'який матеріал зі значною питомою
намагніченістю насичення (Ms), наприклад, масивний монокристал MnFe2O4
характеризується значенням Ms
bulk ~ 80 Гс·см3/г при 300 К [13], високими значеннями
(~ 103) початкової магнітної сприйнятливості і питомого електроопору (~ 103 Ом·см) і
одночасно хімічною стабільністю і біосумісністю [14]. Розподіл катіонів в MnFe2O4
було знайдено [15] як (Mn2+
0.8Fe3+
0.2)A[Мп2+
0.2Fe1.8]BО4.
Магнітні характеристики НЧ феритів-шпінелей залежать від їх розмірів. Наприклад,
наночастинки фериту марганцю майже сферичної форми середнього розміру 5 нм були
синтезовані [16] методом хімічного співосадження. Кристалічна фаза наночастинок
187
ідентифікована як MnFe2O4, постійна гратки становила 8.5075 Å. При кімнатній
температурі зразки показали суперпарамагнітну поведінку і намагніченість насичення
69 Гс·см3/г. Згідно [8] НЧ складу [Mn0.78Fe0.22 ](Mn0.22 Fe1.78)O4 середнього розміру
<dTEM> = 8,2 ± 0,5 нм характеризуються Ms
np ~ 65,7 Гс·см3/г при 300 К. Вважається
[17], що зменшення Ms частинки відбувається внаслідок наявності поверхневого шару
(ε) товщиною ~ (<d>/2)·[1-(Ms
np/Ms
bulk)1/3], спіни якого не вносять вклад у магнітний
момент частинки. В той же час ядро її діаметром (<d> – 2ε) має намагніченість
масивного матеріалу.
Значний інтерес представляють матеріали, фізичні властивості яких займають
проміжні значення, що дозволяє поступово змінювати в широких межах
характеристики створених на їхній основі приладів і пристроїв, розширює коло
використаних в цій області сполук. Такі можливості надає застосування твердих
розчинів на основі відомих оксидних сполук.
Синтез феритів-шпінелей за реакцією Ельмора (хімічного співосадження солей
заліза) є, ймовірно, найбільш технологічно простим, економічним і ефективним (за
виходом матеріалу) в порівнянні з іншими відомими методами [3]. Крім того, НЧ,
синтезовані з використанням звичайних хімічних методів, часто схильні до агломерації.
Для вирішення цієї проблеми в даній роботі використовується метод синтезу
високодисперсних наночастинок твердих розчинів (Fe1-xMnx)Fe2O4, що включає
введення в реакційну зону (у суміш продуктів-попередників) інертної розчинної солі
NaCl, яка разом з побічними продуктами реакції поліконденсації руйнує сітчасту
структуру агломерованих нанокристалітів, що призводить до утворення НЧ із високим
значенням питомої поверхні (Sпит).
Метою роботи є розробка методики синтезу та дослідження процесу
формування однодоменных НЧ оксидних феримагнетиків – твердих розчинів (Fe1-
xMnx)Fe2O4, де х = 0 ÷ 1, Δх = 0,2, дослідження їхнього фазового складу, структури і
основних магнітних характеристик.
Опис експерименту
Для синтезу НЧ твердих розчинів (Fe1-xMnx)Fe2O4 з високими значеннями Sпит
була використана модифікована методика Ельмора. Як реагенти застосовували наявні у
відкритому продажу кристалогідрати солей металів з високим ступенем чистоти:
MnSO47H2O (≥ 99 %), FeSO47H2O (≥ 99 %), FeCl36H2O (≥ 99%) і NaOH (≥ 96%),
NaCl (≥ 99,5%). Щоб обмежити коагуляцію частинок при синтезі використовували
хлорид натрію як індиферентний диспергант. Для приготування розчинів і промивання
феромагнітного осаду після процесу синтезу використовували дистильовану воду.
Вихідні речовини розчиняли у мінімальній кількості води з врахуванням
стехіометричних коефіцієнтів, потім розчини об'єднували і повільно вливали 0,5М
розчин NaOH при інтенсивному перемішуванні. Реакція легко починалася в процесі
перемішування і супроводжувалася виділенням значної кількості тепла, розчин
поступово перетворювався в колоїд. Після цього осад кілька разів промивали водою
методом декантації доти, поки питома провідність надосадової рідини не знижувалася
до значення < 2 мкСм/см. Для прискорення осадження та полегшення відмивання НЧ
використовували постійний лабораторний магніт. Відмитий осад піддавали
рекристалізації при температурі 373 К впродовж часу, необхідного для утворення
частинок певного середнього розміру. Потім осад промивали в ацетоні і залишали в
етиловому спирті. На останній стадії осад збирали на фільтр і висушували при
температурі 80 С впродовж 2 год, потім відпалювали 2 год при 700 С в атмосфері
інертного газу для одержання кінцевого порошку.
188
Синтезовані продукти вивчали методом рентгенівської дифракції на
дифрактометрі ДРОН 3М (НПО "Буревестник", СССР) в режимі відбиття (геометрія
Брегга–Брентано), випромінювання джерела CuK1 ( = 0,154056 нм), у діапазоні кутів
2 від 20 до 70 з кроком 0,02, при експозиції в точці впротдовж 2 с – для проведення
фазового аналізу. Зйомку здійснювали у кварцових кюветах з використанням
утримувача зразка для текстурних досліджень без усереднюючого обертання. Розмір
кристалітів розраховували по розширенню лінії для піка (311) дифрактограми по
формулі Шерера, у якій постійна (коефіцієнт форми частинки) приймалася рівною 0,9
Å. Для вивчення морфології поверхні і розподілу наночастинок за розмірами з
отриманого осаду готували дисперсії в ацетоні, які досліджували на растровому
електронному мікроскопі (РЕМ) за стандартною методикою.
Петлі гістерезису – циклічні залежності питомої намагніченості σ = M/ρ, де М і ρ
– намагніченість і густина матеріалу відповідно, - одержували за допомогою
магнітометра з вібруючим зразком на частоті 228 Гц при кімнатній температурі. Опис
установки та методика вимірювання наведені в [18]. Зразками для досліджень
слугували сухі розмагнічені порошки. Як еталони використовували спеціальний
нікелевий зразок і наночастинки Fe3O4 (98 %) виробництва фірми "Nanostructured &
Amorphous Materіals Іnc.", USA з відомим розподілом за розмірами. Питому площу
поверхні і криву ізотерми адсорбції порошків вимірювали за допомогою аналізатора з
використанням методу багатоточкової адсорбції БЕТ. Середній розмір частинок
оцінювали за формулою DBET = 6/(ρSBET), де ρ – густина..
Експериментальні результати
Аналіз фазового складу і морфології поверхні
Результати рентгенівської дифракції для зразків, відпалених при різних
температурах, представлені на рис. 1.
Рис. 1. Рентгенівські
дифрактограми
наночастинок складу
(Fe0,6Mn0,4)Fe2O4
відпалених при
температурах: 1– 400
C, 2– 600 C, 3– 700 C.
Наночастинки (Fe1-xMnx)Fe2O4 , де х = 0 ÷ 0,6, зі структурою шпінелі
утворювалися в тому випадку, коли кінцевий порошок відпалювали 2 год при
температурах понад 700 ºС. На дифрактограмах зразків, які піддавали термічній
обробці при 400 і 600 ºС, є слабкі дифракційні піки від фаз Fe2O3 і MnO. При
збільшенні температури спікання до 700 ºС фази Fe2O3 і MnO фактично зникали і в
спектрі з'являвся інтенсивний пік (Fe1-xMnx)Fe2O4. Це підтверджує те, що тривалість і
температура є достатніми для повного протікання реакції синтезу. Ступінь
189
кристалічності фериту зі структурою шпінелі підвищувалася при збільшенні
температури відпалювання. Розмір кристалітів, розрахований по рівнянню Шерера,
становив приблизно 8, 10 і 12 нм для частинок (Fe1-xMnx)Fe2O4 відпалених при
температурі 400, 600 і 700 ºС відповідно.
Статистичний аналіз ПЕМ зображень здійснювали за допомогою функції
густини нормального розподілу
2
1 ( ( )
21
( )
2
d M d
f d e
(1)
де M(d), σ – математичне сподівання та середньоквадратичне відхилення (СКВ)
діаметра відповідно.
Питому площу поверхні ансамблів сферичних частинок розраховували згідно
рівняння
2 3
1 1
6 n n
уд i i
i i
S d d
(2)
де ρ – густина частинок.
На рис. 2 а, 2 в і 2 д представлено ПЕМ зображення НЧ фериту Mn складу
(Fe0,6Mn0,4)Fe2O4, отриманого за реакцією Ельмора з використанням хлориду натрію як
індиферентного дисперганта при кімнатній температурі з наступним відпалюванням
при температурі 700 0С і ТЕМ зображення НЧ магнетиту, одержаних за реакцією
Ельмора при температурах 20 і 50 ºС відповідно. Для проведення статистичного аналізу
НЧ представляли рівновеликими сферами. На рис. 2 б, 2 г, 2 е зображені гістограми
розподілу наночастинок за діаметрами (1) і гістограми густини нормального розподілу
(2) НЧ складу (Fe0,6Mn0,4)Fe2O4, Fe3O4-20ºС і Fe3O4-50º, одержані за формулою (1) за
даними табл. 1.
Частинки твердого розчину (Fe0,6Mn0,4)Fe2O4 демонструють відсутність значної
агломерації, чому сприяло, імовірно, введення в реакційний простір інертної
неорганічної солі як інгібітора агломерації. З рис. 2 б видно, що наночастинки
характеризуються практично нормальним розподілом за діаметрами в діапазоні від 4 до
22 нм і середнім розміром, близьким до 11 нм.
Таблиця 1. Статистичні параметри ансамблів НЧ.
№ Состав n d0 ,
нм
s, нм Sуд, м
2/г Sуд,
(d0)
м2/г
Sуд,
м2/г
S´norm
уд,
м2/г
S´уд,
м2/г
1 (Fe0,6Mn0,4)Fe2O4 120 11,08 2,863 91,05 103,2 91,5 90,0
2 Fe3O4-20ºС 271 10,78 2,934 92,64 106,1 92,0 93,3 92,8
3 Fe3O4-50ºС 256 9,75 2,912 99,76 117,3 98,0 99,8
Примітка. n – кількість частинок у вибірці; d0 – середнє арифметичне діаметра; s = [(n -
1)-1Σ(di – d0)
2]0.5 - стандартне відхилення. Середньоквадратичне відхилення і стандартне
відхилення співвідносятья як s/σ = [n/(n-1)]0,5. Дріб n/(n-1) називають поправкою
Бесселя. При n > 55 практично (< 1 %) немає різниці між оцінками s и σ. Різницю між d0
і M(d) можна оцінити таким чином. За визначенням M(x) = ∫df(x)dx. Нехай σ ≈ 2,9 нм, τ =
|d0 – M(d)| ≈ 0,3 нм і ймовірність P{|d0 – M(d)| ≤ τ} > 0,97. Тоді, згідно теореми
Чебишева [19], справедлива нерівність 1 – σ2/(τ2n) > 0,97, де n – об´єм вибірки і n > (1-
P)-1σ2/τ2 ≈ 3115. При σ ≈ 2,9 нм, τ = 0,6 нм и P{|d0 – M(d)| ≤ τ} > 0,94 n > 389. При σ ≈ 2,9
нм, τ = 0,8 нм и P{|d0 – M(d)| ≤ τ} > 0,92 n > 164. Тобто для вибірок об’ємом n > 164 з
ймовірністю P > 0,92 модуль різниці між середнім арифметичним і матемаматиччним
190
очікуванням d є не більше 0,8 нм за умови нормального розподілу частинок з σ ≈
2,9 нм.
а
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
0
5
10
15
20
25
30
35
n
d (nm)
1
2
(Fe
0,6
Mn
0,4
)Fe
2
O
4
б
в
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
0
10
20
30
40
50
60
70
80
n
d (nm)
1
2
Fe
3
O
4
- 20 0С
г
д
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
0
10
20
30
40
50
60
70
n
d (nm)
1
2
Fe
3
O
4
- 50 0С
е
Рис. 2. а, в, д - РЕМ зображення наночастинок складу (Fe0,6Mn0,4)Fe2O4, ПЕМ
зображення НЧ Fe3O4-20ºС і Fe3O4-50º відповідно; б, г, е – гістограми
розподілу за діаметрами (1) і густини нормального розподілу (2) НЧ складу
(Fe0,6Mn0,4)Fe2O4, Fe3O4-20ºС і Fe3O4-50º відповідно.
Магнітні властивості ситеми (Fe1-xMnx)Fe2O4.
В табл. 2 наведено розподіл катіонів і теоретичні значення магнітного моменту в
тетраедричних (А) і октаедричних [B] позиціях, теоретичні і експериментальні значення
результуючого магнітного моменту для деяких обернених кубічних феритів шпінелей.
191
Таблиця 2. Магнітні характеристики обернених феритів шпінелей [12, 13, 20–22].
Розподіл катіонів по тетра- і
октаедричним позиціям
Результуючи
й момент, µВ
ТC, ºС 4πМs, Гс Формула
(А) [B]
µ(A),
µВ
µ[В],
µВ
теор. эксп. 0 К 300
К
MnFe2O4 Mn2+
0,8+Fe3+
0,2 Mn2+
0,2+Fe3+
1,8 5 5+5 5 4,6 300 7000 5000
FeFe2O4 Fe3+ Fe2++Fe3+ 5 4+5 4 4,1 585 6400 6000
CoFe2O4 Fe3+ Co2++Fe3+ 5 3+5 3 3,7 520 6000 5300
NiFe2O4 Fe3+ Ni2++Fe3+ 5 2+5 2 2,3 585 3800 3400
Примітка. µ(A), µ[В] – теоретичні значення магнітного моменту в тетраедричних (А) і
октаедричних [B] позиціях, ТC – температура Кюрі, 4πМs – індукція насичення.
В табл. 3 наведено деякі параметри кристалічної структури обернених феритів
шпінелей.
Таблиця 3. Параметри кристалічної структури обернених феритів шпінелей.
Формула u a, Å ρ,
г/см3
rтетр, Å rокт, Å Іон (2+) rG, Å Іон
(3+)
rG, Å
MnFe2O4 0,3846±0,0003 8,50 5,00 0,66 0,72 Mn 0,91 Mn 0,70
FeFe2O4 0,379±0,001 8,39 5,24 0,55 0,74 Fe 0,83 Fe 0,67
CoFe2O4 0.381 [22] 8,38 5,29 0,67 0,67 Co 0,82 - -
NiFe2O4 0,3810 [23] 8,367 5,38 0,58 0,72 Ni 0,78 - -
Примітка. u – кисневий параметр, a – постійна гратки, ρ – механічна густина,
радіуси тетраедричних і октаедричних порожнин розраховані за формулами rA = (u -
0,25) a 30,5 - R0 і rB = (0,625 – u) a - R0, де R0 – радіус іона кисню [13]. При розрахунках
використовували значення R0 ≈ 1,32 Å.rG – радіус Гольдшмідта.
В табл. 4 наведені експериментальні магнітні характеристики шпінелей складу
(Fe1-xMnx)Fe2O4.
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
0
1
2
3
4
5
n B
x
(1)
(2)
(3)
(4)
Рис. 3. Магнитні моменти nB (у
розрахунку на молекулу) при 0 К
для матеріалів системи MnxFe3-
xO4. Взято из [12]. 1 – дані [24]; 2
– дані [25]; 3 – дані [26]; 4 – наші
дані.
Питома намагніченість насичення (σs) зразків, отриманих з матеріалу, який
проходив термообробку при 700 º С, із зменшенням у ньому долі марганцю (x)
немонотонно зростає з 0,7 до 60,0 Гс·см3/г з максимумом 63,0 Гс·см3/г при Х = 0,25
(рис. 4в). Вона має меншу величину ніж відповідна характеристика масивних кристалів
FeFe2O4 і MnFe2O4 (відповідно 92 і 80 Гс·см3/г при 300 К) [22] і знаходиться у діапазоні
значень, характерних для нанорозмірних матеріалів.
192
Таблиця 4. Магнітні характеристики шпінелей складу (Fe1-xMnx)Fe2O4, відпалених при
температурі 700 ºС.
№
зразка
Хпоч,
моль.
доля
Mn
Хкінц, моль.
доля Mn
nB, Ms
(Гс·см3/г)
Hc
(Oe)
M 10 kOe
(Гс·см3/г)
Mr
(Гс·см3/г)
Mr/Ms
1 0 0 4,09 61,5(1) 45.(1) 56,9(5) 7,8(8) 0,13
2 0,25 0,57 4,61 65,2(8) 35.(1) 60,4(5) 7,8(9) 0,12
3 0,4 0,975 4,60 42,2(7) 37,(8) 39,1(4) 5,4(1) 0,13
4 0,5 1,7 3,01 28,0(1) 65.(2) 25,9(4) 3,5(7) 0,13
5 0,6 1,95 1,99 16,8(1) 236,(3) 15,5(7) 1,9(6) 0,12
6 0,75 2,52 0,07 0,9(3) 606.(8) 0,8(7) 0,2(2) 0,21
7 1,0 2,58 0,04 0,7(9) 817.(5) 0,7(4) 0,4(7) 0,59
Примітка. Hc – коерцитивна сила, M10 kOe – питома намагніченість при H = 10,0 кЕ,
Ms –питома намагніченість насичення, Mr
– залишкова питома намагніченість, Mr/Ms
– відносна залишкова питома намагніченість, nB – магнітні моменти (у розрахунку на
молекулу) при 0 К у матеріалів системи MnxFe3-xO4.
Петлі гістерезису зразків складу (Fe1-xMnx)Fe2O4 представлені на рис.4.
-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
,
Г
с*
см
3 /
г
H, кЕ
x=0
x=0,25
x=0,5
x=0,75
x=1,00
а
0,00 0,25 0,50 0,75 1,00
0
20
40
60
80
x
,
Г
с*
см
3 /
г
100
H
c , Е
б
0,00 0,25 0,50 0,75 1,00
0,2
0,4
0,6
x
M
r /
M
s
0
3
6
9
M
r , Г
с*см
3 / г
в
0,000 0,005 0,15 0,16 0,17
20
30
40
50
60
70
s ,
Г
с*
см
3 /
г
103/H, Е-1
x=0
x=0,25
x=0,5
x=0,75
x=1,00
г
Рис. 4. а – Петлі гістерезису зразків складу(Fe1-xMnx)Fe2O4; б – залежність питомої
намагніченості насичення та коерцитивної сили від x; в – залежність питомої
намагніченості насичення та коерцитивної сили від x; г – залежність
залишкової намагніченості та відносної залишкової намагніченості від x.
193
Магнітні характеристики синтезованих наночастинок свідчать про можливість
застосування їх в медико-біологічному напрямку, насамперед, як інструментів
локальної електромагнітної гіпертермії, а також магнітного носія лікарських
препаратів.
Дослідження, проведені в рамках цільової комплексної програми
фундаментальних досліджень України "Фундаментальні проблеми нових
наноматеріалів і нанотехнологій» №38 / 15-н.
Висновки
Розроблена модифікована методика Ельмора з використанням MnSO47H2O,
FeCl36H2O, FeSO47H2O як прекурсорів, NaCl і NH4Cl як індиферентного дисперганта
(антикоагулянта) для синтезу наночастинок твердих розчинів (Fe1-xMnx)Fe2O4 з
високими значеннями питомої поверхні.
Встановлено з використанням методів рентгенофазового аналізу, просвічуючої
електронної мікроскопії, вібраційної магнітометрії і аналізу питомої поверхні методом
БЕТ закономірності впливу марганцю на магнітні характеристики одержуваних
шпінелей. Максимальне значення питомої намагніченості насичення твердих розчинів
у системі Fe3O4 – MnFe2O4 становило 65,2 Гс·см3/г.
Показано, що введення інертної неорганічної солі як інгібітора агломерації в
суміш прекурсорів, призводить до утворення наночастинок із питомою поверхнею 80–
110 м2/г. Коригування їхніх розмірів може бути здійснено за допомогою
гідротермальної рекристалізації.
Висловлено припущення про можливість застосування синтезованих
наноматеріалів в медико-біологічному аспекті, наприклад, в області локальної
електромагнітної гіпертермії, направленої доставки об’єктів, чи для потреб
магніторезонансної томографії.
Література
1. Sanpo N., Wen C., Berndt Ch.C., and Wang J. Antibacterial properties of spinel ferrite
nanoparticles Microbial pathogens and strategies for combating them: science,
technology and education (A. Méndez-Vilas, Ed.). – 2013.- Р. 239-250.
2. Akbarzadeh A., Samiei M., and Davaran S. Magnetic nanoparticles: preparation,
physical properties, and applications in biomedicine // Nanoscale Res Lett. – 2012. - V.
7(1). P. 144.
3. Дудченко Н.О. Магнетні наночастинки медико-біологічного призначення: методи
синтези, дослідження властивостей, застосування // Наносистеми, наноматеріали,
нанотехнології. – 2009. - Т. 7. - № 4. –С. 1027 - 1059.
4. Ведернікова І.О., Левітін Є.Я., Коваль А.О. Дослiдження кінетики розчинності
феритових наночасток у кислому середовищі // Вісник фармації. – 2012. Т. - 1(69).
- С. 47-50.
5. Ведернікова І.О. Використання методу хімічної конденсації для синтезу частинок
феритів – об’єктів магнітної нанофармації // Український медичний альманах. –
2011. – Т. 14. - № 6. - С. 14-16.
6. Шольц Н.Н., Пискарев К.А. Ферриты для радиочастот. - Издательство Энергия. -
Москва-Ленинград.- 1966. – 259 с.
7. Sahoo B., Sanjana K., Devi P., Dutta S., Maiti T. K., Pramanik P., Dhara D.
Biocompatible mesoporous silica-coated superparamagnetic manganese ferrite
nanoparticles for targeted drug delivery and MR imaging applications // Journal of
Colloid and Interface Science. -2014.- V. 431. – P. 31–41.
194
8. Vamvakidis K., Katsikini M., Sakellari D., Paloura E.C., Kalogirou O. and
Samara D.C. Reducing the inversion degree of MnFe2O4 nanoparticles through
synthesis to enhance magnetization; Evaluation of their 1H NMR relaxation and heating
efficiency // Dalton Transactions. 2014. – V. 43(33). - P. 12754-12765.
9. Hosseini S.H., Rahimi R. and Kerdari H. Preparation of a nanocomposite of magnetic,
conducting nanoporous polyaniline and hollow manganese ferrite // Polymer Journal. –
2011. – V. 43. P. 745–750
10. Rabelo D., Lima E.C.D., Filho N.T., Soares F.Q., Faria L.C., Pelegrini F., Silva O.,
Oliveira A.C, Garg V.K., Morais P.C. Synthesis of manganese ferrite nanoparticles in
macroporous styrene-divinylbenzene copolymer // Journal of Magnetism and Magnetic
Materials. – 2004. – V. - 272–276. P. e1205–e1206.
11. Pradhan P., Giri J., Banerjee R., Bellare J., Bahadur D. Preparation and characterization
of manganese ferrite-based magnetic liposomes for hyperthermia treatment of cancer //
Journal of Magnetism and Magnetic Materials. – 2007. – V. 311. – Iss. 1. – P. 208–215.
12. Крупичка С. Физика ферритов. - Т. 1. - М.: Мир. - 1976. 353 с.
13. Смит Я., Вейн Х. Ферриты. — М.: ИЛ, 1962. — 504 с.
14. Carta D., Casula M.F., Floris P., Falqui A., Mountjoy G., Boni A., Sangregorio C., and
Corrias A. Synthesis and microstructure of manganese ferrite colloidal nanocrystals //
Phys. Chem. Chem. Phys. – 2010. V. – 12. -P, 5074–5083.
15. Hastings J.M., Corliss L.M, Neutron Diffraction Study of Manganese Ferrite.-Phys.
Rev., 1956, V.104, No 2, P. 328-331.
16. Zipare K., Dhumal J., Bandgar S., Mathe V., Shahane G. Superparamagnetic
Manganese Ferrite Nanoparticles: Synthesis and Magnetic Properties Journal of
Nanoscience and Nanoengineering. – 2015. - V. 1. - No. 3. - P. 178-182.
17. Шлиомис М.И. Магнитные жидкости // УФН – 1974. – Т. 112. – Вып. 3. – С. 427 –
458.
18. Борисенко Н.В., Дубровин И.В., Абрамов Н.В. Богатырев В.М., Гаевая М.В.,
Горбик П.П. Синтез и свойства магниточуствительных нанокомпозитов на основе
оксидов железа и кремния. Сб. труд. под ред. А.П. Шпака и П.П. Горбика
“Физико-химия наноматериалов и супрамолекулярных структур”. – 2007 - К:
Наук. Думка. -Т. 1. - С. 394-406.
19. Математическая статистика. Под ред. Длина А.М. – М.: «Высш. школа».- 1975.
398 с.
20. Cullity B.D. and Graham C.D., Jr., Introduction to Magnetic Materials. - Second
Edition. - Wiley-IEEE Press. - 2008. - 544 р.
21. Боков В.А. Физика магнетиков. Санкт-Петербург. – 2002. - 256 с.
22. Таблицы физических величин. Справочник под ред. Кикоина И.К. - Mосква:
Атомиздат. - 1976. – 1006 с.
23. Чукалкин Ю.Г., Штирц В.Р. Магнетизм разупорядоченных никель-цинковых
ферритов // ФТТ. – 1996. – Т. 38. Вып. 5. – С. 1313-1319.
24. Eschenfelder A.H. Ionic valences in manganese-iron spinels // J. Appl. Phys. – 1958. -
V. 29. – P. 378-380.
25. Harrison F.W., Osmond W.P., and Teale R.W. Catioin distribution and magnetic
moment of manganese ferrite // Phys. Rev. -1957. - V. 106, - № 5. - P. 865-867.
26. Brož J., Krupička S., Závěta K. The distribution of ions and their valencies in
manganese ferrites II. Mn1+xFe2-xO4+y ferrites // Cechoslovackij fiziceskij zurnal. -
1959, V. 9. – Iss. – 4.- P. 481-487.
195
СИНТЕЗ, СТРУКТУРА И МАГНИТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ОДНОДОМЕННИХ НАНОЧАСТИЦ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ (Fe1-x Mnх) Fe2O4
П.П. Горбик, И.В. Дубровин, Н.В. Абрамов
Институт химии поверхности им. А.А. Чуйко Национальной академии наук Украины,
ул. Генерала Наумова, 17, Киев, 03164, Украина, e-mail: abramovnv@rambler.ru
Синтезированы однодоменные наночастицы твердых растворов (Fe1-xMnх)
Fe2O4. Исследованы их кристаллическая структура, морфология поверхности и
магнитные характеристики методами рентгенофазового анализа, просвечивающей
электронной микроскопии и вибрационной магнитометрии. Определены зависимости
намагниченности насыщения и коэрцитивной силы ансамблей наночастиц от
концентрации марганца. Отмечается, что полученные материалы могут быть
использованы в микро- и оптоэлектронике, электротехнике, биомедицине и других
областях.
SYNTHESIS, STRUCTURE AND MAGNETIC PROPERTIES OF SINGLE-DOMAIN
NANOPARTICLES OF SOLID SOLUTIONS (Fe1-x Mnх) Fe2O4
P.P. Gorbyk, I. V. Dubrovin, N.V. Abramov
Chuiko Institute of Surface Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine
17 General Naumov Str., Kyiv, 03164, Ukraine, e-mail: abramovnv@rambler.ru
Single-domain nanoparticles synthesized solid solutions (Fe1-xMnx) Fe2O4. Study their
crystal structure, surface morphology and magnetic properties of X-ray diffraction,
transmission electron microscopy, and vibrating sample magnetometer. Dependence of
saturation magnetization and coercive force of the manganese concentration in the
nanoparticles was determined. It is noted that the obtained materials can be used in micro-
and optical electronics, electrical engineering, biomedical and other fields.
|
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-580 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T17:15:13Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | surfacezbircomua/10/ab88fd0a7bbaa5cd4a52dbfbec838310.pdf |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5802018-11-27T09:34:56Z Synthesis, structure and magnetic properties of single-domain nanoparticles of solid solutions (Fe1-x Mnх) Fe2O4 Синтез, структура и магнитные характеристики однодоменних наночастиц твердых растворов (Fe1-x Mnх) Fe2O4 Синтез, структура і магнітні характеристики однодоменних наночастинок твердих розчинів (Fe1-xMnx)Fe2O4 Gorbyk, P. P. Dubrovin, I. V. Abramov, N. V. Single-domain nanoparticles synthesized solid solutions (Fe1-xMnx) Fe2O4. Study their crystal structure, surface morphology and magnetic properties of X-ray diffraction, transmission electron microscopy, and vibrating sample magnetometer. Dependence of saturation magnetization and coercive force of the manganese concentration in the nanoparticles was determined. It is noted that the obtained materials can be used in micro- and optical electronics, electrical engineering, biomedical and other fields. Синтезированы однодоменные наночастицы твердых растворов (Fe1-xMnх) Fe2O4. Исследованы их кристаллическая структура, морфология поверхности и магнитные характеристики методами рентгенофазового анализа, просвечивающей электронной микроскопии и вибрационной магнитометрии. Определены зависимости намагниченности насыщения и коэрцитивной силы ансамблей наночастиц от концентрации марганца. Отмечается, что полученные материалы могут быть использованы в микро- и оптоэлектронике, электротехнике, биомедицине и других областях. Синтезовані однодоменні наночастинки (НЧ) твердих розчинів (Fe1-xMnx)Fe2O4. Досліджено їх кристалічну структуру, морфологію поверхні і магнітні характеристики методами рентгенофазового аналізу, просвічуючої електронної мікроскопіїі та вібраціонної магнітометрії . Визначено залежності намагніченності насичення та коерцитивної сили ансамблів НЧ від концентрації марганцю. Одержаний матеріал може бути використаний в мікро- та оптоелектроніці, електротехніці, біомедицині та &nbsp;інших областях. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2015-09-09 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/580 Surface; No. 7(22) (2015): Surface; 186-195 Поверхность; № 7(22) (2015): Поверхность; 186-195 Поверхня; № 7(22) (2015): Поверхня; 186-195 3154-8091 3154-8083 uk https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/580/580 Авторське право (c) 2015 P.P. Gorbyk, I. V. Dubrovin, N.V. Abramov |
| spellingShingle | Gorbyk, P. P. Dubrovin, I. V. Abramov, N. V. Синтез, структура і магнітні характеристики однодоменних наночастинок твердих розчинів (Fe1-xMnx)Fe2O4 |
| title | Синтез, структура і магнітні характеристики однодоменних наночастинок твердих розчинів (Fe1-xMnx)Fe2O4 |
| title_alt | Synthesis, structure and magnetic properties of single-domain nanoparticles of solid solutions (Fe1-x Mnх) Fe2O4 Синтез, структура и магнитные характеристики однодоменних наночастиц твердых растворов (Fe1-x Mnх) Fe2O4 |
| title_full | Синтез, структура і магнітні характеристики однодоменних наночастинок твердих розчинів (Fe1-xMnx)Fe2O4 |
| title_fullStr | Синтез, структура і магнітні характеристики однодоменних наночастинок твердих розчинів (Fe1-xMnx)Fe2O4 |
| title_full_unstemmed | Синтез, структура і магнітні характеристики однодоменних наночастинок твердих розчинів (Fe1-xMnx)Fe2O4 |
| title_short | Синтез, структура і магнітні характеристики однодоменних наночастинок твердих розчинів (Fe1-xMnx)Fe2O4 |
| title_sort | синтез, структура і магнітні характеристики однодоменних наночастинок твердих розчинів (fe1-xmnx)fe2o4 |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/580 |
| work_keys_str_mv | AT gorbykpp synthesisstructureandmagneticpropertiesofsingledomainnanoparticlesofsolidsolutionsfe1xmnhfe2o4 AT dubroviniv synthesisstructureandmagneticpropertiesofsingledomainnanoparticlesofsolidsolutionsfe1xmnhfe2o4 AT abramovnv synthesisstructureandmagneticpropertiesofsingledomainnanoparticlesofsolidsolutionsfe1xmnhfe2o4 AT gorbykpp sintezstrukturaimagnitnyeharakteristikiodnodomennihnanočastictverdyhrastvorovfe1xmnhfe2o4 AT dubroviniv sintezstrukturaimagnitnyeharakteristikiodnodomennihnanočastictverdyhrastvorovfe1xmnhfe2o4 AT abramovnv sintezstrukturaimagnitnyeharakteristikiodnodomennihnanočastictverdyhrastvorovfe1xmnhfe2o4 AT gorbykpp sintezstrukturaímagnítníharakteristikiodnodomennihnanočastinoktverdihrozčinívfe1xmnxfe2o4 AT dubroviniv sintezstrukturaímagnítníharakteristikiodnodomennihnanočastinoktverdihrozčinívfe1xmnxfe2o4 AT abramovnv sintezstrukturaímagnítníharakteristikiodnodomennihnanočastinoktverdihrozčinívfe1xmnxfe2o4 |