Материал: Микро- и наноструктурированные материалы. Репортаж из пятого измерения (Третьяков), 2008, c.182
«Аэрозольные грибочки». Полые деформированные микросферы,
являющиеся продуктом пиролиза ультразвукового аэрозоля («тумана»), состоявшего из микрокапель раствора нитратов кальция, марганца и меди с размерами 1-5 микрон. Микросферы образуются за счет испарения воды из капель при прохождении «тумана» через горячую зону (850-9500С) в течение 2-5 секунд.
(цифровая растровая электронная микроскопия). Метод привел к получению высокодисперсных, реакционноспособных порошков для получения сложных перовскитоподобных манганитов, обладающих эффектом отрицательного колоссального магнетосопротивления.
«Нервные узлы спинтроники». Образование протяженных пространственных перешейков между микросферами соединения CaCuMn6O12, полученными пиролизом ультразвукового «тумана» при температуре горячей зоны печи 9500С. (цифровая растровая электронная микроскопия). Огранка зерен-«клубней» и формирование плоских кристаллитов обусловлены участием в процессах ре-кристаллизации следов жидких фаз, небольшие затвердевшие капли которых видны на кристаллите-«подставке» слева. Микросферы при рекристаллизации разрушаются, поскольку высокодисперсные системы неустойчивы и стараются уменьшить свою поверхностную энергию за счет сокращения площади поверхности путем агрегации. Формирование перешейков приводит к усилению туннельного
96
магнетосопротивления. Подобные системы можно использовать в перспективе для дизайна устройств спинтроники – потенциального аналога электроники, в котором в качестве основного фактора рассматривается не заряд, а спин электрона.
Полая микросфера («апельсиновая корка»), состоящая из наночастиц оксидов кальция, меди и марганца, полученная из нитратного раствора в результате пиролиза аэрозоля при 7500С (слева). «Ажурная» микроструктура керамики, полученная после спекания полых частиц-микросфер (справа).
97
Ферриты
Использование ферритов – сложных |
изменении напряжённости магнитного поля, |
оксидов железа – многообразно. В последнее |
в котором находится магнетик. |
время все большее внимание уделяется |
|
использованию магнитных наночастиц на их |
|
основе для биомедицинских целей, для этого |
|
разрабатываются новые методики получения |
|
магнитных жидкостей. |
|
Процесс получения магнитной жидкости |
|
состоит из двух основных стадий: получения |
|
магнитных частиц коллоидных размеров и |
|
стабилизации их в жидкой среде. Основная |
|
особенность этого процесса состоит в том, |
|
что обе стадии совмещены во времени с |
|
целью предотвращения агрегации частиц. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Подопытная белая мышь для |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
испытаний эффекта лечения |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
раковых заболевания с |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
использованием гипертермии |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Доставка |
лекарственных |
веществ к |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
поражённому |
участку |
также |
может |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
осуществляться с |
помощью |
магнитной |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
жидкости. Транспорт лекарственных веществ |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
по сосудистому руслу может проходить с |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
помощью |
|
|
высокодисперсных |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
фосфолипидных везикул - липосом. |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Концентрирование |
|
липосом |
со |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
стабилизированными |
коллоидными |
|||||
Кристаллическая структура Fe3O |
4 |
магнитными |
частицами |
в злокачественных |
||||||||||
|
|
(шпинель) |
|
|
|
клетках под действием внешнего магнитного |
||||||||
|
|
|
|
|
поля |
может |
обеспечить |
|
доставку |
|||||
|
Магнетит, используемый в качестве |
противоопухолевых лекарств к поражённому |
||||||||||||
|
органу. |
|
|
|
|
|
||||||||
дисперсной фазы в магнитных жидкостях, в |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
отличие от многих других металлов и их |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
соединений |
для |
человеческого |
организма |
|
|
|
|
|
|
|
||||
практически безвреден. Поэтому, если было |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
бы |
возможно подобрать |
соответствующую |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
жидкую основу, которая не будет отторгаться |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
организмом, то, по всей вероятности, удалось |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
бы |
получить |
магнитную |
жидкость, |
|
|
|
|
|
|
|
||||
пригодную для разного рода медицинских |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
процедур. К настоящему времени были |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
проведены |
достаточно |
широкие |
серии |
|
|
|
|
|
|
|
||||
лабораторных |
исследований |
в |
этом |
|
|
|
|
|
|
|
||||
направлении. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Так, метод гипертермии основан на |
Использование |
гипертермии для |
|||||||||||
магнитоуправляемой локализации |
в |
зоне |
||||||||||||
опухоли магнитных наночастиц с заданной |
лечения раковых опухолей |
|
|
|||||||||||
температурой |
|
магнитного |
перехода |
|
|
|||||||||
(температурой Кюри) и последующем нагреве |
Применение |
|
концентрированной |
|||||||||||
этих частиц (и ткани опухоли) с помощью |
|
|||||||||||||
магнитной |
жидкости |
в |
|
качестве |
||||||||||
переменного магнитного поля до строго |
|
|||||||||||||
запрограммированной температуры (~450С). |
рентгеноконтрастного препарата основано на |
|||||||||||||
Нагрев |
происходит |
за |
|
счет |
поглощении |
рентгеновских лучей |
твёрдыми |
|||||||
магнетокалорического эффекта – изменения |
магнитными частицами. |
|
|
|
||||||||||
температуры магнетика при адиабатическом
98
Ещё одно направление использования высокодисперсных магнитомягких материалов – разработка магнитосорбентов, позволяющих повысить эффективность разделения смесей за счёт магнитной сепарации.
Сложные оксиды железа могут также выступать в роли химических сенсоров. Методом пиролиза аэрозоля на ФНМ МГУ совместно с лабораторией диагностики неорганических материалов Химического факультета МГУ (проф. А.М.Гаськов) был получен образец феррита цинка с микроструктурой, аналогичной приводившейся выше. Порошок феррита цинка смешивали с терпениолом и полученную пасту наносили тонким слоем на чип – тонкую керамическую полоску, на которую с противоположной стороны был нанесен проводящий слой нагревателя. К полоске были припаяны платиновые проволочки – для электронагрева полоски и подачи измерительного тока на наносимую пленку сенсора. После высыхания пасты через чип пропустили электрический ток, для того чтобы произошел нагрев и припекание пасты с образованием сплошной пленки.
Увеличенное изображение чипасенсора
Приготовленный таким образом сенсор поместили в реактор, через который пропускали периодически (каждые 3 минуты) либо ток чистого воздуха, либо смесь воздуха и инертного газа, содержащего примесь сероводорода. При температуре до 200°С не
наблюдалось никакого отклика от сенсора. При температуре 300°С при введении в газноситель примеси сероводорода падение напряжения на измерительных контактах резко увеличивалось, после прекращения введения примеси H2S падение напряжения быстро уменьшалось.
Поведение феррита цинка в атмосферах с различным содержанием сероводорода
Полученный сенсор обладает высокой чувствительностью по отношению к сероводороду и может определять его в концентрации ниже 1 ppm. Четко прослеживается концентрационная зависимость сигнала сенсора, что после проведения соответствующей калибровки позволяет количественно определять концентрацию сероводорода в воздухе.
асп. Е.А.Чеканова, ст. О.С.Петрова, к.х.н. Е.А.Еремина, д.х.н. Е.А.Гудилин,
группа функциональных материалов
А.Р.Кауль, О.Ю.Горбенко, М.Н.Попова, О.В.Мельников,
лаб. химии координационных соединений
99
«Соляные капсулы». Полые деформированные микросферы, являющиеся продуктом разложения водно-хлоридно-нитратного аэрозоля солей в горячей зоне реактора и содержащие в матрице хлорида натрия магнитные наночастицы оксида железа (сканирующая электронная микроскопия).
Наночастицы оксида железа, извлеченные из соляной капсулы при растворении в воде
100