Исследование структуры и свойств магнитных нанопорошков твердых растворов магнетит-маггемитового ряда методом МУРПН

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Осаждением из водных растворов и золь-гель методом синтезированы нанопорошки магнетит-маггемитового ряда и выполнено сравнительное комплексное исследование их структуры методами рентгенофазового анализа, растровой электронной микроскопии, низкотемпературной адсорбции азота и малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов. Установлено, что полученные нанопорошки оксидов железа являются пористыми системами, обладающими в зависимости от метода синтеза одноуровневой, двухуровневой (для порошков, полученных водным синтезом) или трехуровневой (для порошков, полученных золь-гель методом) иерархической организацией структуры с разным масштабом и разным типом агрегации для каждого из структурных уровней, причем характерный размер для большего по размеру уровня в обоих случаях >45 нм. Выявлено, что магнитная структура полученных порошков оксидов железа независимо от метода синтеза состоит из суперпарамагнитных частиц с характерным радиусом магнитных RМ ~ 4 нм и магнитно-ядерных кросс-корреляций RMN ~ 3 нм для порошков, полученных золь-гель методом, и RM ~ 5–11 нм, RMN ~ 4–8 нм для порошков, полученных водным синтезом, в зависимости от условий получения.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. А. Шилова

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: olgashilova@bk.ru
Россия, Санкт-Петербург

А. С. Коваленко

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН

Email: olgashilova@bk.ru
Россия, Санкт-Петербург

А. М. Николаев

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН

Email: olgashilova@bk.ru
Россия, Санкт-Петербург

Т. В. Хамова

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН

Email: olgashilova@bk.ru
Россия, Санкт-Петербург

И. Ю. Кручинина

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН

Email: olgashilova@bk.ru
Россия, Санкт-Петербург

Г. П. Копица

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН; Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова НИЦ "Курчатовский институт"

Email: olgashilova@bk.ru
Россия, Санкт-Петербург; Гатчина

Список литературы

  1. Ferreira M.I., Cova T., Paixão J.A. et al. // Woodhead Publishing Series in Electronic and Optical Materials. Magnetic Nanoparticle-Based Hybrid Materials. Woodhead Publ, 2021. P. 273. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-823688-8.00033-8
  2. Imran M., Shaik A.H., Ansari A.R. et al. // RSC Adv. 2018. V. 8. № 25. P. 13970. https://doi.org/10.1039/C7RA13467C
  3. Rashid H., Mansoor M.A., Haider B. et al. // Sep. Sci. Technol. 2020. V. 55. № 6. P. 1207. https://doi.org/10.1080/01496395.2019.1585876
  4. Aphesteguy J.C., Kurlyandskaya G.V., Celis J.P. et al. // Mater. Chem. Phys. 2015. V. 161. Р. 243. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2015.05.044
  5. Nazari M., Ghasemi N., Maddah H. et al. // J. Nanostruct. Chem. 2014. V. 4. № 2. P. 99. https://doi.org/10.1007/s40097-014-0099-9
  6. Ramos Guivar J.A., Martínez A.I., Anaya A.O. et al. // Adv. Nanopart. 2014. V. 3. № 3. P. 114. https://doi.org/10.4236/anp.2014.33016
  7. Fedorenko N.Yu., Abiev R.Sh., Kudryashova Yu.S. et al. // Ceram. Int. 2022. V. 48. № 9. P. 13006. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.01.174
  8. Шилова О.А., Николаев А.М., Коваленко А.С. и др. // Журн. неорган. химии. 2020. Т. 65. № 3. С. 398.
  9. Коваленко А.С., Шилова О.А., Николаев А.М. и др. // Коллоид. журнал. 2023. Т. 85. № 3. С. 319.
  10. Gopinath S., Philip J. // Mater. Chem. Phys. 2014. V. 145. № 1–2. P. 213. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2014.02.005
  11. Zienkiewicz-Strzałka M., Skibińska M., Pikus S. // Nucl. Instrum. Methods., Sect. B. 2017. V. 411. P. 72. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2017.03.028
  12. Nirschl H., Guo X. // Chem. Eng. Res. Des. 2018. V. 136. P. 431. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2018.06.012
  13. Shilova O.A., Nikolaev A.M., Kovalenko A.S. et al. // Ceram. Int. 2021. V. 47. № 20. P. 28866. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.07.047
  14. Khamova T.V., Kopitsa G.P., Nikolaev A.M. et al. // Biointer. Res. Appl. Chem. 2021. V. 11. № 4. P. 12285. https://doi.org/10.33263/BRIAC114.1228512300
  15. Danks A.E., Hall S.R., Schnepp Z. // Mater. Horiz. 2016. V. 3. № 2. P. 91. https://doi.org/10.1039/c5mh00260e
  16. Okorokov A.I., Runov V.V. // Physica B. 2001. V. 297. № 1–4. P. 239. https://doi.org/10.1016/S0921-4526(00)00843-7
  17. Fitzsimmons M.R., Schuller I.K. // J. Magn. Magn. Mater. 2014. V. 350. P. 199. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2013.09.028
  18. Muhlbauer S., Honecker D., P´erigo E.A. et al. // Rev. Mod. Phys. 2019. V. 91. № 1. P. 015004. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.91.015004
  19. Honecker D., Bersweiler M., Erokhin S. et al. // Nanoscale Adv. 2022. V. 4. № 4. P. 1026. https://doi.org/10.1039/D1NA00482D
  20. Lee S.H., Lee D.H., Jung H. et al. // Curr. Appl. Phys. 2015. V. 15. № 8. P. 915. https://doi.org/10.1016/j.cap.2015.04.003
  21. Bergenti I., Deriu A., Savini L. et al. // J. Magn. Magn. Mater. 2003. V. 262. № 1. P. 60. https://doi.org/10.1016/S0304-8853(03)00019-2
  22. Grigoriev S.V., Maleyev S.V., Okorokov A.I. et al. // Europhys. Lett. 2003. V. 63. № 1. Р. 56. https://doi.org/10.1209/epl/i2003-00477-3
  23. Khamova T.V., Shilova O.A., Gorshkova Yu.E. et al. // Nanosystems: Phys. Chem. Math. 2022. V. 13. № 4. P. 414. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2022-13-4-414-429
  24. Рунов В.В., Бугров А.Н., Смыслов Р.Ю. и др. // Журн. неорган. химии. 2021. Т. 66. № 2. С. 229.
  25. Fu Z., Xiao Y., Feoktystov A. et al. // Nanoscale. 2016. V. 8. № 43. P. 18541. https://doi.org/10.1039/c6nr06275j
  26. Zákutná D., Nižňanský D., Barnsley L.C. et al. // Phys. Rev. X. 2020. V. 10. № 3. P. 031019. https://doi.org/10.1103/PhysRevX.10.031019
  27. Köhler T., Feoktystov A., Petracic O. et al. // Nanoscale. 2021. V. 13. № 4. P. 6965. https://doi.org/10.1039/d0nr08615k
  28. Chouhan R.S., Horvat M., Ahmed J. et al. // Cancers. 2021. V. 13. № 9. Р. 2213. https://doi.org/10.3390/cancers13092213
  29. Tran H.-V., Ngo N.M., Medhi R. et al. // Materials. 2022. V. 15. № 2. P. 503. https://doi.org/10.3390/ma15020503
  30. Kovalenko A.S., Nikolaev A.M., Khamova T.V. et al. // Glass Phys. Chem. 2021. V. 47. № 1. Р. 67. https://doi.org/10.1134/S1087659621070063
  31. Shilova O.A., Panova G.G., Nikolaev A.M. et al. // Lett. Appl. NanoBioScience. 2021. V. 10. № 2. P. 2215. https://doi.org/10.33263/LIANBS102.22152239
  32. Wang Y., Wang S., Xu M. et al. // Environ. Pollut. 2019. V. 249. P. 1011. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.03.119
  33. Serpoush M., Kiyasatfar M., Ojaghi J. // Mater. Today: Proc. 2022. V. 65. Part 6. P. 2915. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.06.441
  34. Turrina Ch., Klassen A., Milani D. et al. // Heliyon. 2023. V. 9. № 6. Р. e16487. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e16487
  35. Baabu P.R.S., Kumar H.K., Gumpu M.B. et al. // Materials. 2023. V. 16. № 1. P. 59. https://doi.org/10.3390/ma16010059
  36. Ibarra J., Melendres J., Almada M. et al. // Mater. Res. Exp. 2015. V. 2. № 9. Р. 095010. https://doi.org/10.1088/2053-1591/2/9/095010
  37. Nasrazadani S., Raman A. // Corros. Sci. 1993. V. 34. № 8. P. 1355. https://doi.org/10.1016/0010-938X(93)90092-U
  38. Pecharroman C., Gonzalez-Carreno T., Iglesias J.E. // Phys. Chem. Miner. 1995. V. 22. P. 21. https://doi.org/10.1007/BF00202677
  39. Anthony J.W., Bideaux R.A., Bladh K.W. Magnetite. Handbook of mineralogy. Chantilly, VA: Mineralogical Society of America, 2018.
  40. Jülich Centre for Neutron Science, QtiKWS 2019. Available online: www.qtisas.com
  41. Жерновой А.И., Дьяченко С.В. // Журн. техн. физики. 2015. Т. 85. № 4. С. 118.
  42. Schaefer D.W., Justice R.S. // Macromolecules. 2007. V. 40. № 24. P. 8501. https://doi.org/10.1021/ma070356w
  43. Баранчиков А.Е., Копица Г.П., Ёров Х.Э. и др. // Журн. неорган. химии. 2021. Т. 66. № 6. С. 774.
  44. Koizumi S., Yue Z., Tomita Y. et al. // Eur. Phys. J. E. 2008. V. 26. № 1–2. P. 137. https://doi.org/10.1140/epje/i2007-10259-3
  45. Guinier A., Fournet G., Walker C.B., Yudowitch K.L. Small-Angle Scattering of X-rays. New York: Wiley, 1955.
  46. Beaucage G., Ulibarri T.A., Black E.P. et al. Hybrid Organic-Inorganic Composites / Eds. By Mark J. et al. ACS Symposium Series; American Chemical Society: Washington, DC, 1995.
  47. Štěpánek M., Matějíček P., Procházka K. et al. // Langmuir. 2011. V. 27. № 9. P. 5275. https://doi.org/10.1021/la200442s
  48. Bale H.D., Schmidt P.W. // Phys. Rev. Lett. 1984. V. 53. № 6. P. 596. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.53.596
  49. Beaucage G. // J. Appl. Crystallogr. 1995. V. 28. № 6. P. 717. https://doi.org/10.1107/S0021889895005292
  50. Ivanova L.A., Ustinovich K.B., Khamova T.V. et al. // Materials. 2020. V. 13. № 9. P. 2087. https://doi.org/10.3390/ma13092087
  51. Larsson P.T., Stevanic-Srndovic J., Roth S.V. et al. // Cellulose. 2022. V. 29. № 1. P. 117. https://doi.org/10.1007/s10570-021-04291-x
  52. Guild J.D., Knox S.T., Burholt S.B. et al. // Macromolecules. 2023. V. 56. № 16. P. 6426. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.3c00585
  53. Porod G. // Kolloid-Zeitschrift. 1952. V. 125. № 1. P. 51. https://doi.org/10.1007/BF01519615
  54. Hammouda B. // J. Appl. Crystallogr. 2010. V. 43. № 4. P. 716. https://doi.org/10.1107/S0021889810015773
  55. Schmidt P.W., Avnir D., Levy D. et al. // J. Chem. Phys. 1991. V. 94. № 2. P. 1474. https://doi.org/10.1063/1.460006

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Экспериментальные двумерные интенсивности рассеяния в разных поляризационных состояниях падающих нейтронов и разность IMN(q, α) = I –(q, α) – I+(q, α), полученные для нанопорошков оксидов железа при измерениях во внешнем магнитном поле Н = 1 Т. Квадрат в центре детектора – след от поглотителя пучка (beamstop).

Скачать (410KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимости ядерного dΣN(q)/dΩ (○), магнитного dΣM(q)/dΩ (■) и магнитно-ядерного интерференционного dΣNM(q)/dΩ (◊) вкладов в сечение МУРПН для оксидов железа: а – γ-Fe2O3 (№ 1); б – γ-Fe2O3–Fe3O4 (№ 2); в – γ-Fe2O3–Fe3O4 @OleicAcid (№ 3); г – Fe3O4–γ-Fe2O3 (№ 4); д – природный Fe3O4; е – коммерческий Fe3O4 от q, полученные из двумерных спектров (рис. 1). Сплошные линии – результат подгонки экспериментальных данных по формулам (4)–(7), (9).

Скачать (462KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимости магнитного сечения dΣM(q)/dΩ МУРПН при H ~ 0 для оксидов железа: а – γ-Fe2O3 (№ 1); б – γ-Fe2O3–Fe3O4 (№ 2); в – γ-Fe2O3–Fe3O4 @OleicAcid (№ 3); г – Fe3O4–γ-Fe2O3 (№ 4) от q. Сплошные линии − результат подгонки экспериментальных данных по формулам (7) и (9).

Скачать (252KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».