|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Стабильные коллоидные растворы на основе магнитотвёрдых наночастиц гексаферрита стронциядипломная работа (Бакалавр)
- Научный руководитель: Васильев Александр Витальевич
- Автор: Анохин Евгений Олегович
- Тип: Бакалавр
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2016
- Аннотация: Интерес к коллоидным растворам магнитотвердых частиц вызван существенными отличиями их свойств от традиционных магнитных жидкостей на основе суперпарамагнитных частиц. До недавнего времени ставилось под сомнение существование подобных коллоидов, по причине наличия сильного магнитного диполь-дипольного взаимодействия, приводящего к неизбежной агрегации частиц и коагуляции. Однако недавно была показана принципиальная возможность изготовления стабильных коллоидов на основе наночастиц гексаферрита стронция SrFe12O19, в которых сильная зарядовая стабилизация наночастиц в водной среде происходит посредством специфической адсорбции ионов на поверхность магнитных частиц. Использование жидкостей на основе таких частиц перспективно в медицине: для направленной доставки лекарств, гипертермии опухолей и МРТ-диагностики; в создании лент для магнитной записи высокой плотности, в магнитооптике для визуализации магнитных полей и управления световыми потоками, а также в качестве прекурсоров для получения магнитных покрытий и разнообразных наноструктур. Цель работы: определение условий стабилизации коллоидных растворов (золей) и функционализации коллоидных частиц. Задачи: синтезировать стабильные коллоидные растворы (золи) на основе магнитотвёрдых частиц гексаферрита стронция, изучить изменение гидродинамического диаметра коллоидных частиц в водной среде в зависимости от pH среды и концентрации электролита, исследовать магнитные и оптические свойства коллоидных растворов (золей) в постоянном и переменном магнитных полях, разработать методику функционализации частиц и изучить морфологию и магнитные свойства полученных частиц, изучить седиментационную стабильность полученного золи. Коллоидные растворы были получены растворением в 3% HCl стеклокерамических прекурсоров номинального состава 4Na2O-9SrO-4,5Al2O3-5,5Fe2O3-4B2O3, полученных термокристаллизацией оксидного стекла в интервале температур 700°С ÷ 750°С в течение 2-х часов. Стабильность коллоидных растворов была исследована методом динамического светорассеяния, магнитные свойства — с помощью сквид-магнитометра, магнитооптика — с помощью спектрофотометрии в режиме пропускания при различных величинах, частотах и направлениях внешнего магнитного поля, организация частиц в магнитном поле — с помощью малоуглового рентгеновского рассеяния, фазовый состав и морфология коллоидных частиц исследованы методами просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии и рентгенофазового анализа. Согласно данным ПЭМ, коллоидные частицы имеют пластинчатую форму со средней толщиной пластинки около 6 нм и средним диаметром 65 нм. РФА подтвердил, что частицы обладают структурой замещённого алюминием гексаферрита стронция. Высушенные частиц являются магнитотвёрдыми с коэрцитивной силой 5000 Э и намагниченностью насыщения 50 э.м.е./г. Стабильность водных коллоидных растворов гексаферрита стронция исследована в зависимости от кислотности и ионной силы среды. Обнаружено, что коллоидные растворы стабильны в диапазоне pH = 1–5 и концентрации электролита до 100 ммоль/л (NaCl). С помощью модифицированного метода Штобера получены покрытия коллоидных частиц гексаферрита диоксидом кремния типа ядро-оболочка; средний диаметр полученных частиц составляет около 200 нм. Показано ранее не описанное явление конденсации концентрированной магнитной жидкой фазы под действием гравитационного поля вблизи границы стабильности коллоидного раствора. Концентрированная фаза представляет собой особую форму стабильного коллоидного раствора, концентрация магнитной фазы в которой составляет 0,14 объёмных процента. Коллоидные частицы в растворах высокочувствительны к наличию внешнего магнитного поля. Так 50% и 95% от величины намагниченности насыщения достигаются при полях 5 и 150 Э соответственно. Поворот анизотропных частиц вслед за внешним магнитным полем приводит к появлению магнитооптического эффекта – зависимости светопропускания от направления магнитного поля. В переменных магнитных полях заметный магнитооптический эффект наблюдается вплоть до частот величиной 1 000 Гц. Показано, что при наличии внешнего магнитного поля коллоидные растворы обладают сложной внутренней структурой: частицы выстраиваются в стержнеобразные агрегаты с расстоянием между частицами около 30 нм, что приводит к колоссальному магнетореологическому отклику фазы.
- Добавил в систему: Васильев Александр Витальевич