Синтез и физико-химические свойства твердых растворов Mnx Fe3–x O4

Abstract

Ферримагнитные наночастицы используются в биотехнологии, например, как носители лекарств и биосенсоры, компоненты диагностических наборов, контрастные агенты для магнитно-резонансной томографии, в катализе, в электронике, при изготовлении магнитных жидкостей, магнитореологических суспензий и других областях техники. Применение магнитных наночастиц требует высоких магнитных характеристик, в частности, больших значений величины намагниченности насыщения. Цель работы – при комнатной температуре получить однофазные магнитные наночастицы твердых растворов Mnx Fe3–x O4 , исследовать зависимость изменения их структуры, морфологии и магнитных свойств от степени замещения для поиска диапазона составов с наибольшим значением намагниченности. Методом соосаждения из водных растворов солей синтезирована серия порошков Mn-замещенного магнетита Mnx Fe3–x O4 (x = 0 – 1.8). С использованием методов магнитного анализа, рентгенофазового анализа, просвечивающей электронной микроскопии, ИК-спектроскопии исследованы его структурные и микроструктурные особенности, магнитные свойства. Данные рентгенофазового анализа и инфракрасной спектроскопии подтверждают образование однофазных соединений со структурой кубической шпинели. Максимальный рост намагниченности насыщения по сравнению с незамещенным магнетитом обнаружен для состава Mn0.3Fe2.7O4 (Ms = 68 А·м2 ·кг–1 при 300 K и Ms = 85 А·м2 ·кг–1 при 5 K), что связано с изменением катионного распределения в тетраэдрических и октаэдрических пустотах. Предложен способ управления магнитными свойствами магнетита путем частичного замещения ионов железа в структуре магнетита марганцем. Установлена возможность влиять на намагниченность и коэрцитивную силу порошков путем изменения степени замещения, при этом максимальная намагниченность соответствует порошку состава Mn0,3Fe2,7O4 . Cравнительно высокие значения удельной намагниченности в сочетании с однородным размером наночастиц, полученных предложенным способом, могут представлять интерес для ряда приложений, в частности, получения магнитореологических жидкостей и формирования магнитоуправляемых капсул с целью адресной доставки лекарств и диагностики заболеваний в биологии и медицине (магнитная резонансная томография).