Влияние иерархической архитектуры мульти

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5673 (2023) Цитировать эту статью

1121 Доступов

35 Альтметрика

Подробности о метриках

Магнитные свойства суперпарамагнитных наночастиц оксида железа контролируются главным образом размером их частиц и их гранулометрическим составом. На магнитные свойства многоядерных наночастиц оксида железа, часто называемых наноцветами оксида железа (IONF), дополнительно влияет взаимодействие магнитных моментов между соседними ядрами. Поэтому знание иерархической структуры ИОНФ важно для понимания магнитных свойств ИОНФ. В этом вкладе архитектура многоядерных IONF была исследована с использованием корреляционной многомасштабной просвечивающей электронной микроскопии (TEM), дифракции рентгеновских лучей и динамического рассеяния света. Многомасштабные измерения ПЭМ включали визуализацию с низким и высоким разрешением, а также геометрический фазовый анализ. В ИОНФ присутствовал маггемит среднего химического состава \(\gamma\)-Fe\(_{2,72\pm 0,02}\)O\(_4\). Металлические вакансии, расположенные в октаэдрических узлах структуры феррита шпинели, были частично упорядочены. Отдельные ИОНФ состояли из нескольких ядер, часто демонстрирующих определенную кристаллографическую ориентацию между прямыми соседями. Такое ориентированное крепление может облегчить магнитное выравнивание внутри сердечников. Отдельные ядра состояли из частично когерентных нанокристаллов, имеющих практически одинаковую кристаллографическую ориентацию. Размеры отдельных составляющих, выявленные при анализе микроструктуры, коррелировали с размерами магнитных частиц, полученными в результате аппроксимации измеренной кривой намагничивания функцией Ланжевена.

В последние десятилетия магнитные наночастицы оксида железа (IONP) стали одним из наиболее многообещающих наноматериалов для биомедицинских применений, например, в качестве теплового медиатора для лечения рака при гипертермии1, в качестве носителя для доставки лекарств2 или в качестве контрастного вещества в магнитно-резонансной томографии3. Многообразие применений IONP обусловлено сочетанием превосходных свойств, включая суперпарамагнитное поведение, высокую намагниченность насыщения, хорошую биосовместимость и возможность функционализировать IONP путем присоединения различных биоактивных молекул.

ИОНЧ обычно состоят из магнетита (Fe\(_3\)O\(_4\)) и/или маггемита (\(\gamma\)-Fe\(_2\)O\(_3\)), которые кристаллизуются в шпинели. -подобная структура с тетраэдрически и октаэдрически координированными катионами железа. Магнетит (пространственная группа \(Fd{\bar{3}}m\)) содержит катионы Fe\(^{2+}\) и Fe\(^{3+}\) на позициях Вайкоффа 8b и 16c соответственно4 . Такое распределение катионов гарантирует нейтральность заряда. Однако, в отличие от магнетита, некоторые октаэдрические позиции железа в маггемите должны оставаться вакантными, чтобы сохранить химический состав Fe\(_2\)O\(_3\), соответствующий Fe\(_{2,67}\)O\(_4\ ) в шпинелеподобной кристаллической структуре. Кислородная подрешетка еще полностью занята.

Показано, что вакансии Fe имеют тенденцию к упорядочению, что приводит к образованию различных кристаллических структур \(\gamma\)-Fe\(_2\)O\(_3\). Кристаллическую структуру \(\gamma\)-Fe\(_2\)O\(_3\) со случайно распределенными вакансиями все же можно описать как простую кубическую шпинель с пространственной группой \(Fd{\bar{3}} м\)5. \(\gamma\)-Fe\(_2\)O\(_3\) с вакансиями, частично упорядоченными только в одной из двух различных октаэдрических позиций, было описано в пространственной группе \(P4_332\)6, \(\gamma\) -Fe\(_2\)O\(_3\) с вакансиями, частично упорядоченными в одном из трех различных октаэдрических узлов тетрагональной пространственной группы \(P4_32_12\), но с практически одинаковыми параметрами решетки а и с7. \(\gamma\)-Fe\(_2\)O\(_3\) с полностью упорядоченными вакансиями описывалась как тетрагональная сверхструктура в пространственной группе \(P4_12_12\) с \(c\approx 3a\)8. Вакансионное упорядочение и тетрагональное искажение элементарной ячейки кубической шпинели первоначально сообщалось для «микрокристаллического» \(\gamma\)-Fe\(_2\)O\(_3\). Однако те же явления наблюдались и в IONPs9,10,11.