Ученые Санкт-Петербургского государственного университета и СПбГЭТУ «ЛЭТИ» предложили метод синтеза наиболее перспективной модификации оксида железа, частицы которого можно использовать в высокоточной медицине и разработке ячеек памяти для вычислительной техники.
Образцы наночастиц
© Пресс-служба СПбГУ
Оксид железа (III) — Fe2O3 — одно из широко встречающихся в природе соединений, которое достаточно легко синтезировать искусственно. Оксид железа (III) активно применяется в различных отраслях: например, он служит катализатором на химических производствах, используется при производстве керамики, а также в качестве пищевого красителя.
При этом Fe2O3 имеет полиморфную природу: существует пять структурных модификаций этого соединения, для обозначения которых ученые используют буквы греческого алфавита. При этом из всех полиморфов ε-Fe2O3 (эпсилон-модификация) характеризуется сочетанием уникальных магнитных свойств: его довольно сложно размагнитить, это соединение отличается высокой стабильностью и малым размером частиц. Однако такая форма оксида железа (III) крайне редко встречается в природе, поэтому для ее активного использования нужна разработка промышленной технологии получения вещества.
«Синтез эпсилон-модификации требует точного подбора условий, важнейшим из которых является температура, иначе в результате мы получим в основном альфа-модификацию данного оксида железа — по составу то же самое вещество, но из-за изменения структуры слабомагнитное. В ходе нашего исследования мы смогли скорректировать температурные параметры процесса получения материала таким образом, что полученные на выходе образцы имели высокое содержание эпсилон-модификации оксида железа», — рассказывает аспирант кафедры микро- и наноэлектроники (МНЭ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ», инженер Инжинирингового центра микротехнологии и диагностики (ИЦ ЦМИД) Дмитрий Тестов.
Образцы ε-Fe2O3 были синтезированы из солей, содержащих нитрат железа (III) и сульфат железа (II), с использованием двух наиболее перспективных методов — пропитки силикагеля и микроэмульсии. Затем образцы подвергались отжигу в печи при температуре около 800–1000 °C в течение четырех часов. При этом общая продолжительность технологического цикла составляет до двух суток.
Как пояснил участник исследования, доцент СПбГУ (кафедра физики Земли) Андрей Костеров, в ресурсном центре «Рентгенодифракционные методы исследования» Научного парка СПбГУ исследователи смогли получить изображения рентгеновской дифракции композитов, позволившие определить относительное содержание различных модификаций оксида железа (III) в образце.
«Оказалось, что с помощью примененного в работе метода синтеза возможно получить композиты, содержащие до 70 % эпсилон-модификации оксида железа. На сегодняшний день это наилучшие результаты, полученные в России», — сказал Андрей Костеров.
Синтезированные образцы внешне выглядят как наночастицы размером до 100 нанометров (0,0001 мм). Ученые отмечают, что благодаря магнитным свойствам полученные соединения являются перспективными материалами для создания элементов памяти компьютеров или средств таргетной доставки медицинских препаратов под действием магнитного поля. В будущем ученые планируют модифицировать методы синтеза оксида железа с целью увеличения содержания в нем именно эпсилон-фазы.
Магнитные свойства композитов, содержащих ε-Fe2O3, исследовались с применением аппаратуры, установленной в Научном парке Санкт-Петербургского государственного университета: ресурсных центрах «Центр диагностики функциональных материалов для медицины, фармакологии и наноэлектроники» и «Геомодель».
Статья опубликована в журнале Magnetochemistry
Источник: Пресс-служба СПбГУ
