Научный руководитель: Елисеев Артем Анатольевич, ХФ МГУ
Традиционные феррожидкости представляют собой коллоидный раствор, в состав которого входит растворитель (например, вода или керосин) и суперпарамагнитные частицы нанометровых размеров. У таких частиц магнитные моменты принимают произвольные направления и без приложения магнитного поля частицы между собой не взаимодействуют, что позволяет легко синтезировать подобные растворы.
Феррожидкости на основе магнитотвердых частиц менее стабильны, так как у частиц есть постоянный магнитный момент даже без приложения поля [1]. С другой стороны, наличие этого магнитного момента обеспечивает уникальные свойства подобных жидкостей, что позволяет, открывать новые перспективы использования в сфере магнитной записи, постоянных магнитов, оптических устройств, разработки методов терапии рака [2].
Особенно стоит отметить уникальную способность изменения оптической плотности при приложении магнитного поля к растворам, содержащим анизотропные наночастицы [3]. Очевидно, что методики синтеза подобных систем уже хорошо отработаны [3,4] и даже разбирается механизм данного процесса. Он заключается в том, что магнитные моменты частиц, направленные перпендикулярно плоскости пластинчатых наночастиц гексаферрита, при появлении магнитного поля стремятся оказаться сонаправленными с его линиями, что приводит к повороту самих частиц. В результате раствор пропускает либо больше света, если частицы «не мешают» его прохождению, либо меньше, если частицы становятся плоскостью перпендикулярно свету. Однако в литературе отсутствуют сведения по оптимизации метода синтеза (состава шихты, температуры термообработки, pH раствора) для получения максимальной величины магнитооптического отклика, откуда и вытекает цель курсовой работы: определение зависимости величины магнитооптического отклика коллоидных растворов на основе наночастиц гексаферрита стронция от условий синтеза.
Навески прекурсоров (NaHCO3, SrCO3, Fe2O3, Al2O3, H3BO3) в соответствии с брутто составом 4 Na2O — 9 SrO — 4.5 Fe2O3 — 5.5 Al2O3 — 4 B2O3 тщательно перемешивали и сплавляли при 1350 °С. Далее проводилась закалка во вращающиеся валки. После этого проводилась кристаллизация стекла при температурах 650, 700, 750 °СПо данным магнитометрии во всех образцах содержится магнитотвердая ферримагнитная фаза, а ее коэрцитивная сила варьируется в диапазоне 2.5-4.3 кЭ.
На основе полученной стеклокерамики были синтезированы растворы с нанопластинами гексаферрита стронция с величинами pH=1 и рН=3 методом растворения боратной матрицы в 3% соляной кислоте при ультразвуковой обработке. Для оценки концентрации наночастиц были использованы значения оптической плотности растворов на длине волны 600 нм. Наиболее высокая концентрация частиц в коллоидном растворе достигается у образцов, которые были синтезированы из стеклокерамики с температурой отжига равной 700 °С и при pH=1, и при pH=3.
На основе результатов измерения магнетооптического отклика коллоидных растворов, что наибольшей величиной эффекта обладает образец, синтезированный из стеклокерамики, отожжённой при 750 °С. Это выполняется и при pH=1, и при pH=3. Объясняется это тем, что пластинки гексаферрита стронция растут, в первую очередь, в ширину. Соответственно, отношение диаметра к толщине у образцов 750 °С оказывается наибольшим.
Список литературы
- Eliseev A.A. et al. Rotational dynamics of colloidal hexaferrite nanoplates // Appl. Phys. Lett. 2018. Vol. 113, № 11. P. 113106.
- Lisjak D., Mertelj A. Anisotropic magnetic nanoparticles: A review of their properties, syntheses and potential applications // Progress in Materials Science. Pergamon, 2018. Vol. 95. P. 286–328.
- Kushnir S.E. et al. Synthesis of colloidal solutions of SrFe12O19 plate-like nanoparticles featuring extraordinary magnetic-field-dependent optical transmission // J. Mater. Chem. 2012. Vol. 22, № 36. P. 18893–18901.
- Trusov L.A. et al. Stable colloidal solutions of strontium hexaferrite hard magnetic nanoparticles // Chem. Commun. United Kingdom: United Kingdom, 2014. Vol. 50, № 93. P. 14581–14584.