Аннотация:Коллоиды магнитотвёрдых частиц гексаферритов – это новый и малоизученный
класс магнитных жидкостей. В отличие от традиционных магнитных жидкостей на основе
суперпарамагнитных частиц, частицы в подобных системах несут значительный постоянный
магнитный момент, что определяет их особое поведение во внешних магнитных
полях и сложную структурную организацию.
Цель данной работы – разработать методы получения коллоидных частиц гексаферрита
стронция различной морфологии и методы модификации их поверхности, а также
изучить их организацию в растворе. Были поставлены следующие задачи: 1) синтезировать
магнитотвёрдые наночастицы гексаферрита стронция различной морфологии; 2)
получить на их основе стабильные водные коллоидные растворы; 3) исследовать структурную
организацию частиц в растворах; 4) разработать методики функционализации
частиц покрытиями диоксида кремния; 5) изучить микроструктуру покрытий и стабильность
модифицированных коллоидных частиц в водной среде.
66
Коллоидные частицы были охарактеризованы с помощью метода рентгенофазового
анализа, магнитных измерений в постоянных полях, просвечивающей и растровой
электронной микроскопии. Магнитные жидкости на основе данных частиц исследованы с
помощью спектрофотомерии в видимой области, метода динамического светорассеяния,
магнитных измерений в постоянных и переменных полях, просвечивающей оптической и
растровой криоэлектронной микроскопий, а также с помощью малоуглового рентгеновского
рассеяния.
В работе предложена стратегия контроля размера и формы наночастиц гексаферрита
стронция при синтезе методом кристаллизации боратных стёкол. Получены стабильные
водные коллоидные растворы с частицами гексаферрита стронция пластинчатой
(d/h > 10) и изотропной (d/h = 1.5) формы. Установлено поведение коллоидов в состоянии
«парамагнитного газа» под действием переменного магнитного поля различной частоты:
вращение, вращение с отставанием по фазе и колебания около некоторого положения
равновесия. С помощью МУРР изучена структурная организация частиц в концентрированном
состоянии «жидкого кристалла». Показано, что под действием магнитного поля
частицы образуют нитевидные динамические агрегаты из параллельно ориентированных
пластинчатых частиц, а варьирование кислотности среды приводит к изменению расстояния
между частицами. С помощью криоэлектронной и оптической микроскопии изучено
структурирование конденсата на микроуровне.
С помощью гидролиза ТЭОС получены композиты SrFe12O19/SiO2 со структурой
«ядро-оболочка». Средняя толщина покрытия варьируется от 15 до 25 нм; подобные
композиты могут быть диспергированы в воде под действием ультразвука; полученные
золи остаются в коллоидном состоянии более 24 часов. Разработана методика перевода
коллоидных растворов в щелочную среду без потери коллоидной стабильности с помощью
кислотного гидролиза силиката; при этом происходит модификация поверхности
частиц тонким слоем диоксида кремния (менее 5 нм). Показано, что коллоиды модифицированных
частиц сохраняют стабильность в интервале pH от 6 до 11. Подобные частицы
были использованы для дальнейшего доращивания с помощью ТЭОС для получения
стабильных в коллоидном виде нанокомпозитов SrFe12O19/SiO2.
Таким образом, в данной работе получены коллоидные частицы гексаферрита
стронция с различной морфологией, разработаны различные методики модификации их
поверхности покрытиями диоксида кремния, а также изучена структурная организация
частиц в состояниях «парамагнитного газа» и «жидкого кристалла».