Магнитные и структурные свойства наночастиц оксидов железа, полученных методом термического разложения соединений-прекурсоров в растворе
Институты и факультеты
Главная \ Наука \ Научные издания КФУ \ Ученые записки Казанского университета \ Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки \ Архив

Магнитные и структурные свойства наночастиц оксидов железа, полученных методом термического разложения соединений-прекурсоров в растворе

Р.Р. Амиров1, А.Н. Солодов1, Р.М. Гатауллина1, Ю.Р. Шайымова1, Е.А. Бурилова2, А.Г. Киямов1, И. Тянь1, Р.Г. Батулин1, М.А. Черосов1, Д.А. Таюрский1

1Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

2Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова

ФИЦ Казанский научный центр РАН, г. Казань, 420088, Россия

 

ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ

Полный текст PDF

DOI: 10.26907/2542-064X.2023.1.5-22

Для цитирования: Амиров Р.Р., Солодов А.Н., Гатауллина Р.М., Шайымова Ю.Р., Бурилова Е.А., Киямов А.Г., Тянь И., Батулин Р.Г., Черосов М.А., Таюрский Д.А. Магнитные и структурные свойства наночастиц оксидов железа, полученных методом термического разложения соединений-прекурсоров в растворе // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2023. – Т. 165, кн. 1. – С. 5–22. – doi: 10.26907/2542-064X.2023.1.5-22.

For citation: Amirov R.R., Solodov A.N., Gataullina R.M., Shaiymova J.R., Burilova E.A., Kiiamov A.G., Tyan Y., Batulin R.G., Cherosov M.A., Taurskii D.A. Magnetic and structural properties of iron oxide nanoparticles produced by thermal decomposition of precursors in solution. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2023, vol. 165, no. 1, pp. 5–22. doi: 10.26907/2542-064X.2023.1.5-22. (In Russian)

 

Аннотация

Методом термического разложения олеата железа(III) при разном соотношении олеиновой кислоты и октадецена-1 получены наночастицы оксидов железа (НЧОЖ). Методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) определены морфология и размер полученных НЧОЖ. Все полученные наночастицы имели сферическую форму и диаметр 8–9 нм. Методом ИК-спектроскопии для всех синтезированных НЧОЖ установлено наличие олеатной оболочки, обеспечивающей стабильность коллоидных растворов этих наночастиц в неполярных растворителях. Для полученных НЧОЖ с помощью рентгеноструктурного анализа и магнитометрии определены размеры образованного оксидами железа кристаллического ядра. Сопоставлением с данными ПЭМ установлен размер олеатной защитной оболочки НЧОЖ, который хорошо согласуется с известными значениями.

Ключевые слова: наночастицы оксидов железа, модель Ланжевена, просвечивающая электронная микроскопия, порошковая рентгеновская дифракция, магнитометрия

Благодарности. Синтез НЧОЖ и ПЭМ-исследование выполнены при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 22-23-00348).

Измерения рентгеновской дифракции и магнитометрии выполнены за счет средств Программы стратегического академического лидерства Казанского (Приволжского) федерального университета (ПРИОРИТЕТ-2030).

Литература

  1. Xie W., Guo Z., Gao F., Gao Q., Wang D., Liaw B.S., Cai Q., Sun X., Wang X., Zhao L. Shape-, size- and structure-controlled synthesis and biocompatibility of iron oxide nanoparticles for magnetic theranostics // Theranostics. – 2018. – V. 8, No 12. – P. 3284–3307. – doi: 10.7150/thno.25220.
  2. Wu W., Wu Z., Yu T., Jiang C., Kim W.-S. Recent progress on magnetic iron oxide nanoparticles: Synthesis, surface functional strategies and biomedical applications // Sci. Technol. Adv. Mater. – 2015. – V. 16, No 2. – Art. 023501. – doi: 10.1088/1468-6996/16/2/023501.
  3. Na H.B., Song I.C., Hyeon T. Inorganic nanoparticles for MRI contrast agents // Adv. Mater. – 2009. – V. 21, No 21. – P. 2133–2148. – doi: 10.1002/adma.200802366.
  4. Laurent S., Forge D., Port M., Roch A., Robic C., Vander Elst L., Muller R.N. Magnetic iron oxide nanoparticles: Synthesis, stabilization, vectorization, physicochemical characterizations, and biological applications // Chem. Rev. – 2008. – V. 108, No 6. – P. 2064–2110. – doi: 10.1021/cr068445e.
  5. Solodov A.N., Shayimova J.R., Burilova E.A., Shurtakova D.V., Zhuravleva Yu.I., Cherosov M.A., Tian Y., Kiiamov A.G., Amirov R.R. Understanding the nucleation and growth of iron oxide nanoparticle formation by a “heating-up” process: An NMR relaxation study // J. Phys. Chem., C. – 2021. – V. 125, No 38. – P. 20980–20992. – doi: 10.1021/acs.jpcc.1c05172.
  6. Tang Y., Flesch R.C.C., Jin T., Gao Y., He M. Effect of nanoparticle shape on therapeutic temperature distribution during magnetic hyperthermia // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2021. – V. 54, No 16. – Art. 165401. – doi: 10.1088/1361-6463/abdb0e.
  7. Shaterabadi Z., Nabiyouni G., Soleymani M. Correlation between effects of the particle size and magnetic field strength on the magnetic hyperthermia efficiency of dextran-coated magnetite nanoparticles // Mater. Sci. Eng., C. – 2020. – V. 117. – Art. 111274. – doi: 10.1016/j.msec.2020.111274.
  8. Gonzales-Weimuller M., Zeisberger M., Krishnan K.M. Size-dependant heating rates of iron oxide nanoparticles for magnetic fluid hyperthermia // J. Magn. Magn. Mater. – 2009. – V. 321, No 13. – P. 1947–1950. – doi: 10.1016/j.jmmm.2008.12.017.
  9. Lim J., Yeap S.P., Che H.X., Low S.C. Characterization of magnetic nanoparticle by dynamic light scattering // Nanoscale Res. Lett. – 2013. – V. 8, No 1. – Art. 381. – doi: 10.1186/1556-276X-8-381.
  10. Langford J. X-ray diffraction procedures for polycrystalline and amorphous materials by H.P. Klug and L.E. Alexander // J. Appl. Crystallogr. – 1975. – V. 8, No 5. – P. 573–574. – doi: 10.1107/S0021889875011399.
  11. Holzwarth U., Gibson N. The Scherrer equation versus the ‘Debye–Scherrer equation’ // Nature Nanotechnol. – 2011. – V. 6, No 9. – Art. 534. – doi: 10.1038/nnano.2011.145.
  12. Wen X., Yang J., He B., Gu Z. Preparation of monodisperse magnetite nanoparticles   under mild conditions // Curr. Appl. Phys. – 2008. – V. 8, No 5. – P. 535–541. – doi: 10.1016/j.cap.2007.09.003.
  13. Bronstein L.M., Huang X., Retrum J., Schmucker A., Pink M., Stein B.D., Dragnea B. Influence of iron oleate complex structure on iron oxide nanoparticle formation // Chem. Mater. – 2007. – V. 19, No 15. – P. 3624–3632. – doi: 10.1021/cm062948j.
  14. Solodov A.N., Shayimova J.R., Burilova E.A., Amirov R.R. Polyethyleneimine-modified iron oxide nanoparticles: Their synthesis and state in water and in solutions of ligands // Colloid Polym. Sci. – 2018. – V. 296, No 12. – P. 1983–1993. – doi: 10.1007/s00396-018-4425-5.
  15. Kraus W., Nolze G. POWDER CELL – a program for the representation and manipulation of crystal structures and calculation of the resulting X-ray powder patterns // J. Appl. Crystallogr. – 1996. – V. 29, No 3. – P. 301–303. – doi: 10.1107/S0021889895014920.
  16. Kim W., Suh C.-Y., Cho S.-W., Roh K.-M., Kwon H., Song K., Shon I.-J. A new method for the identification and quantification of magnetite–maghemite mixture using conventional X-ray diffraction technique // Talanta. – 2012. – V. 94. – P. 348–352. – doi: 10.1016/j.talanta.2012.03.001.
  17. Park J., Lee E., Hwang N.-M., Kang M., Kim S.C., Hwang Y., Park J.-G., Noh H.-J., Kim J.-Y., Park J.-H., Hyeon T. One‐nanometer‐scale size‐controlled synthesis of monodisperse magnetic iron oxide nanoparticles // Angew. Chem., Int. Ed. – 2005. – V. 117, No 19. – P. 2932–2937. – doi: 10.1002/anie.200461665.
  18. Cao S.-W., Zhu Y.-J., Chang J. Fe3O4 polyhedral nanoparticles with a high magnetization synthesized in mixed solvent ethylene glycol–water system // New J. Chem. - 2008. – V. 32, No 9. – P. 1526–1530. – doi: 10.1039/B719436F.
  19. Kittel C. Theory of the structure of ferromagnetic domains in films and small particles // Phys. Rev. – 1946. – V. 70, No 11–12. – P. 965–971. – doi: 10.1103/PhysRev.70.965.
  20. Bean C., Livingston J.D. Superparamagnetism // J. Appl. Phys. – 1959. – V. 30, No 4. – P. S120–S129. – doi: 10.1063/1.2185850.
  21. Gossuin Y., Gillis P., Hocq A., Vuong Q.L., Roch A. Magnetic resonance relaxation properties of superparamagnetic particles // Wiley Interdiscip. Rev.: Nanomed. Nanobiotechnol. – 2009. – V. 1, No 3. – P. 299–310. – doi: 10.1002/wnan.36.
  22. Henrard D., Vuong Q.L., Delangre S., Valentini X., Nonclercq D., Gonon M.F., Gossuin Y. Monitoring of superparamagnetic particle sizes in the Langevin law regime // J. Nanomater. – 2019. – V. 2019. – Art. 6409210. – doi: 10.1155/2019/6409210.
  23. Lévy M., Wilhelm C., Devaud M., Levitz P., Gazeau F. How cellular processing of superparamagnetic nanoparticles affects their magnetic behavior and NMR relaxivity // Contrast Media Mol. Imaging. – 2012. – V. 7, No 4. – P. 373–383. – doi: 10.1002/cmmi.504.
  24. Chantrell R., Popplewell J., Charles S. Measurements of particle size distribution parameters in ferrofluids // IEEE Trans. Magn. – 1978. – V. 14, No 5. – P. 975–977. – doi: 10.1109/TMAG.1978.1059918.
  25. Vaishnava P., Senaratne U., Buc E.C., Naik R., Naik V.M., Tsoi G.M., Wenger L.E. Magnetic properties of γ-Fe2O3 nanoparticles incorporated in a polystyrene resin matrix // Phys. Rev. B. – 2007. – V. 76, No 2. – Art. 024413. – doi: 10.1103/PhysRevB.76.024413.
  26. Goya G.F., Berquó T.S., Fonseca F.C. Static and dynamic magnetic properties of spherical magnetite nanoparticles // J. Appl. Phys. – 2003. – V. 94, No 5. – P. 3520–3528. – doi: 10.1063/1.1599959.
  27. Nadeem K., Krenn H., Traussnig T., Würschum R., Szabó D.V., Letofsky-Papst I. Spin-glass freezing of maghemite nanoparticles prepared by microwave plasma synthesis // J. Appl. Phys. – 2012. – V. 111, No 11. – Art. 113911. – doi: 10.1063/1.4724348.
  28. Lévy M., Gazeau F., Bacri J.C., Wilhelm C., Devaud M. Modeling magnetic nanoparticle dipole-dipole interactions inside living cells // Phys. Rev. B. – 2011. – V. 84, No 7. – Art. 075480. – doi: 10.1103/PhysRevB.84.075480.
  29. Ramos Guivar J.A., Bustamante A., Flores J., Mejía Santillan M., Osorio A.M., Martínez A.I., De Los Santos Valladares L., Barnes C.H.W. Mössbauer study of intermediate superparamagnetic relaxation of maghemite (γ-Fe2O3) nanoparticles // Hyperfine Interact. – 2014. – V. 224, No 1. – P. 89–97. – doi: 10.1007/s10751-013-0864-z.
  30. Shankar A., Chand M., Basheed G.A., Thakur S., Pant R.P. Low temperature FMR investigations on double surfactant water based ferrofluid // J. Magn. Magn. Mater. – 2015. – V. 374. – P. 696–702.
  31. Basini M., Orlando T., Arosio P., Casula M.F., Espa D., Murgia S., Sangregorio C.,  Innocenti C., Lascialfari A. Local spin dynamics of iron oxide magnetic nanoparticles dispersed in different solvents with variable size and shape: A 1H NMR study // J. Chem. Phys. – 2017. – V. 146, No 3. – Art. 034703. – doi: 10.1063/1.4973979.

Поступила в редакцию 20.12.2022

Принята к публикации 23.01.2023

 

Амиров Рустэм Рафаэльевич, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой неорганической химии Химического института им. А.М. Бутлерова

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: ramirov@kpfu.ru

 

Солодов Александр Николаевич, кандидат химических наук, преподаватель кафедры неорганической химии Химического института им. А.М. Бутлерова

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: sanya.solodiv@live.com

 

Гатауллина Рамиля Мансуровна, студент Химического института им. А.М. Бутлерова

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: ramigataullina1999@gmail.com

 

Шайымова Юлия Рахманкуловна, кандидат химических наук, преподаватель кафедры неорганической химии Химического института им. А.М. Бутлерова

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: julia_shayimova@mail.ru

 

Бурилова Евгения Александровна, кандидат химических наук, научный сотрудник лаборатории высокоорганизованных сред

Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова ФИЦ Казанский научный центр РАН

ул. Ак. Арбузова, д. 8, г. Казань, 420088, Россия

E-mail: burilovajen07@mail.ru

 

Киямов Айрат Газинурович, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник НИЛ «Квантовые симуляторы» Института физики

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: Airatphd@gmail.com

 

Тянь Ижань, научный сотрудник НИЛ «Компьютерный дизайн новых материалов и машинное обучение» Института физики

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: Rockland1922@hotmail.com

 

Батулин Руслан Германович, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общей физики Института физики

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: tokamak@yandex.ru

 

Черосов Михаил Андреевич, научный сотрудник НИЛ «Квантовые симуляторы» Института физики

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: Mcherosov@gmail.com

 

Таюрский Дмитрий Альбертович, доктор физико-математических наук, первый проректор – проректор по научной деятельности, заведующий кафедрой общей физики Института физики

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: Dmitry.Tayurskii@kpfu.ru

 

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


Версия для печати Версия для печати
Ключевые слова: Амиров, Ученые записки
Вход в личный кабинет
Ваш логин
Ваш пароль
Забыли пароль? Регистрация