Новости

Ученые описали распределение размера наночастиц кобальта с помощью их магнитных свойств

15 апреля 2021 Рубрика: Новости организаций Ключевые слова: наночастицы кобальта, магнитные наночастицы, ферромагнетики

Ученые из Института катализа СО РАН совместно с коллегами из Екатеринбурга, Франции и Бельгии смогли описать распределение наночастиц кобальта по размеру с помощью метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР) во внутреннем поле образца.

Исследователям удалось на практике показать эффективность этой относительно новой методики. Определение размера синтезированных наночастиц кобальта необходимо для повышения эффективности их использования.

Наночастицы кобальта используются в катализе, в том числе в реакции Фишера-Тропша для получения синтетических топлив, в магнитно-резонансной томографии, в устройствах связи, аккумуляторах и покрытиях, поглощающих и отражающих излучение на выбранных частотах.

Первые работы по этой теме вышли в 2013 году в ACS Catalysis и в 2016 году в Nature Communications, но в них для сопоставления полученных размеров наночастиц с данными электронной микроскопии использовался поправочный коэффициент 2.5. В новой работе данные полностью согласуются с теорией.

«При синтезе наночастиц кобальта возникает проблема с описанием их размера, так как диаметры частиц в образце всегда варьируются в некоторых пределах. Обычно данную задачу решают методами электронной микроскопии, но в этом случае за один раз исследуется очень малая доля наночастиц, присутствующих в образце, — рассказал младший научный сотрудник группы твердотельной ЯМР-спектроскопии Института катализа СО РАН Илья Яковлев. — В итоге сложно понять, насколько точно полученные данные соответствуют реальному распределению. Мы использовали свойства наночастиц кобальта — сильное внутреннее магнитное поле и путем наблюдения за изменением магнитного момента при повышении и понижении температуры смогли описать их распределение по размеру».

Макроскопические частицы кобальта могут находиться в разных магнитных состояниях в зависимости от размера. Многодоменные частицы диаметром больше 70 нм считаются классическими ферромагнетиками. Если диаметр частицы меньше, ее энергетически выгодное состояние частицы — однодоменное. Каждый тип частиц обладает своей резонансной частотой в радиочастотном диапазоне, что позволяет различать их на ЯМР-спектрах.

При уменьшении размера частицы сохраняют собственный магнитный момент, направленный в одну сторону. Но у самых маленьких частиц (5–10 нм в диаметре) возникает эффект произвольного переворота магнитного момента из-за изменений температуры. Такое состояние частицы называется суперпарамагнитным. Эксперимент длится 10–20 микросекунд, и если за это время магнитный момент маленькой частицы перевернется, то полученная информация стирается — сигнала от таких частиц не поступает.

Скорость переворота магнитных моментов частиц и их переход в суперпарамагнитное состояние напрямую зависят от температуры: чем она выше, тем более вероятен переворот намагниченности частицы. Таким образом, понижая температуру (в эксперименте — до 30 K), ученые смогли наблюдать большее количество частиц. Из разности спектров, которые были получены при высокой и низкой температурах, можно узнать, сколько частиц определенного размера находится в образце. Важная особенность метода состоит в том, что данные получаются для всего образца сразу, в отличие от микроскопических методик, которые дают информацию лишь о его малой части.

Статья Superparamagnetic behaviour of metallic Co nanoparticles according to variable temperature magnetic resonance опубликована в журнале Physical Chemistry Chemical Physics.

Информация и фото предоставлены пресс-службой ИК СО РАН

Добавить комментарий

  • 26
  • 27
  • 28
  • 29
  • 30
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
  • 10
  • 11
  • 12
  • 13
  • 14
  • 15
  • 16
  • 17
  • 18
  • 19
  • 20
  • 21
  • 22
  • 23
  • 24
  • 25
  • 26
  • 27
  • 28
  • 29
  • 30
  • 31
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6