란탄-스트론튬 망가나이트 나노입자는 졸겔법, 비수용액 침전법, 역전 마이크로에멀젼 침전법 등 다양한 방법을 통해 합성하였다. 유기화합물과 비수성 매질의 사용은 나노입자의 결정화 온도를 현저히 낮출 수 있으며, 단상 결정성 생성물이 한 단계에서 형성되는 것으로 나타났다. 나노 입자의 형태와 특성은 합성 방법과 조건에 따라 다릅니다. 가열 효율은 나노 입자의 자기 매개변수, 특히 자화의 변화에 직접적으로 의존합니다. 수행된 연구에 따르면 이러한 합성 방법은 각각 약하게 응집된 망가나이트 나노입자를 얻는 데 사용할 수 있습니다. 그러나 졸-겔 방법을 통해 합성된 입자는 온열 유도제로 사용하기에 더 유망합니다.
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<섹션 데이터-제목="배경">자성 재료의 구조와 특성은 나노 스케일로의 전환에서 벌크 재료의 구조와 특성과 다릅니다[1]. 다양한 자기 센서, 자기 기록 시스템[2]에 실제 적용할 수 있을 뿐만 아니라 자기 나노 입자는 의학에서의 실제 사용 가능성에 특히 관심이 있습니다. 연구원들은 약물 및 생물학적 개체의 전달[3, 4], 바이오마커[5], 자기공명영상(MRI)[6, 7] 등 응용의 가능한 많은 의학적 방향을 연구합니다.
자기 나노입자의 의학적 적용을 위한 유망한 방향 중 하나는 교대 자기장의 작용 하에 종양 종양을 국소적으로 가열하는 43-45°C로, 종양 세포가 죽는 고온 요법입니다[8]. 외부 교류 자기장의 적용은 불균등하고 통제되지 않는 가열 종양, 과열 및 건강한 조직의 파괴 위험, 심부 종양 가열 불가능과 같은 많은 문제를 동반합니다. 이에 1993년 조던 교수는 자성 나노입자와 교류 자기장을 이용한 자기온열요법의 개념을 제시하였다[9]. 이때 자성 나노입자를 미리 종양에 주입해야 하며, 이러한 종양은 교류 자기장의 영향을 받아야 한다. 입자 온도는 자기 에너지의 흡수에 의해 증가하고 국소 가열을 제공합니다. 그러나 이러한 나노입자는 다음과 같은 여러 요구 사항을 충족해야 합니다. 이러한 입자는 단일 영역 및 초상자성이어야 하며(자장이 없는 상태에서 개별 나노입자 간의 상호 작용을 방지하기 위해) 교번 자기장에서 필요한 온도(43–45°C)로 효과적으로 가열되고 높은 비손실을 보여야 합니다. 전력(SLP) 값.
현재 자철광 Fe3의 자성 나노입자는 O4 스피넬 구조를 가지는 온열치료의 매개체로 활발히 연구되고 있다[7, 10, 11]. 자철광은 높은 퀴리 온도 값(T C ≈ 580°C) [12] - 자기 상태에서 상자성 상태로의 전이 온도. 자기 나노입자는 자기 상태(최대 T)에 있을 때만 교류 자기장에서 가열되기 때문에 C 점), 마그네타이트의 경우 고온까지 가열을 제어할 수 없습니다. 과열되어 건강한 조직이 파괴될 수 있습니다.
이를 방지하기 위해서는 퀴리점이 온열치료에 필요한 온도 범위에 있는 대체 물질을 찾는 것이 중요하다. 이 경우, 란탄-스트론튬 La1 - x의 헤테로치환된 망가나이트 Sr x MnO3 왜곡된 페로브스카이트 구조를 가진 (LSMO)가 특히 중요합니다. 추가 온도 조절 장치 없이 제어된 가열 온도를 제공하는 45°C에 가까운 상전이 온도를 가지고 있습니다.
페로브스카이트 구조를 갖는 물질의 결정화 에너지는 스피넬 구조보다 훨씬 높다[13]. 이러한 이유로 용액으로부터 페로브스카이트 구조의 나노입자를 합성하는 방법에 관계없이 첫 번째 단계에서는 항상 비정질상이 형성된다. 결정질 생성물의 제조는 나노입자의 응집을 유도하는 추가적인 온도 처리를 필요로 한다. [14]에 기술된 조사에 따르면 수용액에서 침전된 후 결정 구조의 형성과 분말을 추가로 가열하는 것은 다단계 과정입니다. 단상 결정질 제품은 1100°C 이상의 온도에서 얻어집니다. 이러한 입자는 큰 크기를 가지며 큰 덩어리를 형성합니다. 따라서 약하게 응집된 La1 − x 합성을 위한 대체 방법을 찾는 것이 적절합니다. Sr x MnO3 비수성 매질과 유기화합물을 이용한 나노입자. 비수용액 침전법, 마이크로에멀젼 합성법, 졸겔법 등의 방법을 들 수 있다. 이러한 경우, 나노입자의 형성은 이전에 형성된 유기-무기 복합체의 분해(침전 및 졸-겔 방법) 또는 분리된 부피(마이크로에멀젼)에서 발생합니다. 다른 유기 화합물을 선택하여 매개변수를 제어할 수 있습니다.
따라서 이 연구의 목적은 란탄-스트론튬 망가나이트(La1 - x Sr x MnO3 ) 다양한 방법(비수성 용액에서의 침전, 마이크로에멀젼 합성 및 졸-겔 방법)을 통해 얻은 나노입자의 형태 및 특성 조사.
LSMO 망간석 나노입자의 졸-겔 합성에서 필요한 몰량의 금속염 La(NO3 )3 , Mn(NO3 )2 , Sr(NO3 )3 bidistilled water에 녹였다. 시트르산(CA) 및 에틸렌 글리콜(EG)을 겔 형성제로서 생성된 용액에 CA/EG =1:4의 몰비로 첨가하였다. 겔 형성 혼합물에 대한 염의 몰비는 1:10이었다. 얻어진 혼합물을 교반하면서 80℃에서 가열하였다. 폴리에스터화 반응에 의해 고분자 겔이 형성되었고, 200℃에서 열분해되었다. 열분해하여 얻은 전구체 분말을 2시간 동안 서로 다른 온도에서 열처리하였다.
비수성 매질에서 LSMO 망간 나노 입자의 침전을 위해 금속 질산염의 농축 수용액 La(NO3 )3 (C 라 =1.2 M ), Mn(NO3 )2 (C 남 =1.5 M ) 및 Sr(NO3 )3 (C 선생님 =1.6 M ), 출발 시약으로 수산화나트륨을 침전제로 사용했습니다. 디에틸렌 글리콜(DEG)을 반응 매질로 사용하였다. 0.01mol의 망가나이트를 얻기 위해 금속 질산염의 혼합물을 아르곤 분위기에서 3구 플라스크의 DEG 1.5mol에 첨가하고 200°C까지 가열했습니다. DEG(C NaOH =0.5M)을 일정한 교반과 함께 얻어진 혼합물에 적가하였다. 생성된 반응 시스템을 1시간 동안 교반하면서 오일 배스에서 200-220°C로 가열하고 이 온도에서 1시간 동안 유지했습니다. 합성 후 얻어진 전구체를 올레산과 혼합하고, 이 혼합물을 상온으로 냉각하였다. 얻어진 나노입자를 원심분리하여 분리하고 에틸알코올에 분산시킨 후 30~50°C의 공기 중에서 건조하였다. 결정질 나노입자를 얻기 위해 합성된 전구체를 다른 온도에서 2시간 동안 열처리했습니다.
반전 마이크로에멀젼으로부터 망간 LSMO 나노입자를 침전시키기 위해, La(NO3 수용액 )3 (C 라 =1.2 M), Mn(NO3 )2 (C 남 =1.5 M ) 및 Sr(NO3 )3 (C 선생님 =1.6 M)을 출발 시약으로 사용하고 세틸트리메틸암모늄 브로마이드(CTAB) 및 Triton X-100을 계면활성제로 사용했습니다. n - 미셀 형성에 관여하지 않는 추가 계면활성제로 부탄올을 사용하였고, 용매와 분산매로 시클로헥산과 2차 증류수를 각각 사용하였다. 농축 암모니아 수용액을 집진기로 사용하였다. 첫 번째 단계에서 두 개의 마이크로에멀젼(M1 및 M2)이 준비되었습니다. 이들은 상응하는 수상(염 용액(M1) 또는 침전 용액(M2)), 계면활성제, n -부탄올, 및 사이클로헥산. CTAB 기반 마이크로에멀젼의 경우 마이크로에멀젼 성분의 비율은 다음과 같습니다:10.5%의 계면활성제, 21%의 n -부탄올, 시클로헥산 50.5%, 수상 18% 및 Triton X-100계 마이크로에멀젼의 경우 :계면활성제 15%, n 20% -부탄올, 48%의 사이클로헥산, 및 17%의 수상. M2를 70°C에서 1시간 동안 교반하면서 M1에 적가했습니다. 얻어진 침전물을 원심분리하여 분리하고 이소프로판올과 2차 증류수로 여러 번 세척하였다. 해당 비정질 분말을 2시간 동안 서로 다른 온도에서 열처리했습니다.
합성된 나노입자는 회절계 DRON-4(CuKα 방사선)를 사용하여 X선 방법으로 연구되었습니다.
입자 형태는 투과전자현미경(TEM) JEOL JEM-1400으로 조사하였다. 평균 크기 및 입자 크기 분포는 Image Tool 3 및 OriginPro 8.5 SR1 소프트웨어 패키지를 사용하여 [15]에 설명된 대로 계산되었습니다.
자기 측정은 LDJ-9500 진동 샘플 자력계를 사용하여 수행되었습니다.
가열 효율을 측정하기 위해 합성된 나노입자 기반 자성유체와 0.1% 아가로스 수용액을 준비하였다. T의 해당 측정 유체 대 체류 시간 τ 300kHz의 주파수와 최대 9.5kA/m의 진폭을 갖는 AC 자기장을 생성하는 자기 코일을 사용하여 의존성을 얻었습니다. 특정 손실 전력(SLP) 값은 다음 공식을 사용하여 [16]에 설명된 대로 계산되었습니다.
$$ \mathrm{SLP}=\frac{C_{\mathrm{유체}}\cdot {V}_{\mathrm{s}}}{m_{\mathrm{분말}}}\cdot \frac{\mathrm {d}{T}_{\mathrm{유체}}}{\mathrm{d}\tau } $$ (1)여기서 dT 유체 /dτ 온도 대 시간 의존성의 초기 기울기, C 유체 및 V s 각각 체적 비열과 샘플 체적, m 가루 유체에 있는 자성 물질의 질량입니다.
비수성 매질과 유기화합물을 이용한 합성에는 나름의 특징이 있습니다. 졸-겔 합성에서 La-Sr 망가나이트 나노입자는 폴리에스터화 반응 동안 형성된 시트르산과 에틸렌 글리콜 사이의 폴리에스터의 열분해 후에 얻어진다. DEG 용액으로부터 침전의 경우, DEG 분자와 금속 이온 사이에 형성된 상응하는 착물의 분해 과정에서 망간 나노 입자가 얻어진다. 합성 과정에 대한 자세한 조사는 [17]에 설명되어 있습니다. 수중유형의 두 가지 마이크로에멀젼은 마이크로에멀젼으로부터 나노입자의 합성에 사용된다. 이들 각각의 마이크로에멀젼은 계면활성제, 염 수용액 또는 침전제, 및 유기 비극성 용매로 구성된다. 이러한 마이크로에멀젼은 미셀의 형성에 의해 제한된 부피의 수용액을 분리할 수 있습니다. 물질 합성은 소위 나노반응기에서 제한된 양으로 발생합니다.
도 1에 도시된 XRD 데이터에 따르면, 합성 후 모든 경우에 비정질 비자성 분말의 형성을 관찰할 수 있다. 고온 처리에서 결정 구조가 형성됩니다. 곡선(그림 1)에서 알 수 있듯이 결정질 나노입자의 형성 과정은 1단계입니다. 합성 방법에 관계없이 600°C에서 시작하여 800°C에서 끝납니다. [14]의 데이터와 비교하여 비수성 매질로부터 합성 방법을 적용하면 나노 입자의 결정화 온도를 낮추고 결과적으로 나노 입자의 성장과 응집을 줄일 수 있습니다.
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졸-겔 방법을 통해 합성된 LSMO 나노입자에 대한 XRD 데이터(a ), DEG 용액(b)으로부터의 침전 ), 역전 마이크로에멀젼(c ):1–200°C, 2–600°C 및 3–800°C
합성된 La1 − x의 형태 조사 결과 Sr x MnO3 TEM 현미경에 의한 나노 입자는 그림 2에 나와 있습니다. 평균 크기와 입자 크기 분포를 계산하고 얻은 데이터를 표 2에 요약합니다. 그림 2에 표시된 TEM 이미지가 대표적입니다. 입자 크기 분포를 계산하기 위해 대규모(100–200 nm) 이미지를 사용했습니다.
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졸겔법(a)을 통해 합성된 LSMO 나노입자의 TEM 이미지 및 입자 크기 분포 ), DEG 용액(b)으로부터의 침전 ) 및 Triton X-100(c ) 및 CTAB(d )
입자 크기 분포의 히스토그램(그림 3c, d의 삽입)에서 알 수 있듯이, 리버설 마이크로에멀젼으로부터 합성의 경우 얻어진 나노입자의 크기는 계면활성제의 구조에 따라 다릅니다. Triton X-100 분자는 CTAB 분자에 비해 친수성 부분이 더 크기 때문에(표 1) 합성 과정이 일어나는 제한된 나노 반응기에서 더 큰 부피를 차지합니다. 그 결과 기존의 용액보다 화학반응이 가능한 공간이 줄어들고 제품의 크기가 작아집니다.
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졸-겔 방법(1), DEG 용액으로부터의 침전(2) 및 Triton X-100(3) 및 CTAB(4)를 기반으로 하는 역 마이크로에멀젼으로부터의 침전에 의해 합성된 LSMO 나노입자에 대한 자화의 필드 의존성. 약한 필드에서 자화의 의존성은 삽입에 표시됩니다.
TEM 연구의 얻은 결과는 다른 방법을 통해 합성된 나노입자가 좁은 크기 분포를 특징으로 한다는 것을 나타냅니다. 평균 입자 직경은 20~40nm 범위입니다. 문헌 데이터에 따르면 망가나이트에 대한 단일 도메인 나노입자의 평균 크기는 약 70nm입니다[18]. 따라서 합성된 나노입자는 단일영역의 나노입자로서 초상자성 특성을 얻기 위한 필수 조건이다.
다양한 방법으로 합성된 망간석 나노입자에 대하여 자기조사를 수행하였고 자기파라미터를 Table 2에 정리하였다. 합성된 모든 나노입자에 대한 자화의 계자 의존성을 Fig. 3에 나타내었다. 얻어진 결과에서 알 수 있듯이 자기특성, 입자의 형태와 마찬가지로 합성 방법과 조건에 따라 크게 달라집니다. 자화 포화도는 입자 크기가 감소함에 따라 감소합니다. 모든 나노 입자는 실온에서 무시할 수 있는 보자력 값(<12A/m)을 갖습니다.
교류 자기장의 작용에 따른 가열 효율을 연구하기 위해 합성된 나노 입자와 아가로스 용액을 기반으로 한 자성 유체를 준비했습니다. 이러한 조사의 결과는 그림 4에 나와 있습니다. 계산된 SLP 값은 표 2에 요약되어 있습니다. 얻은 결과에 따르면 가열 효율은 자기 특성(나노 입자의 자화)과 입자 형태 및 크기 모두에 크게 의존합니다. 다른 나노입자보다 높은 자화 값(약 60emu/g)을 갖는 졸-겔 방법을 통해 합성된 망간석 나노입자는 교류 자기장(SLP 값이 약 38W/g)에서 더 효율적으로 가열됩니다.
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졸겔법(1), DEG 용액으로부터의 침전(2) 및 Triton X-100(3) 및 CTAB(4)를 기반으로 한 역 마이크로에멀젼으로부터의 침전에 의해 합성된 나노입자에 대한 가열 온도 대 시간의 의존성
가열 온도는 모든 경우에 교류 자기장의 일정 시간 간격 작용 후에 안정된다는 점을 강조하는 것이 중요합니다(그림 4). 최대 가열 온도는 특히 자화에 따라 다릅니다. 이는 필요한 온도 범위에서 자동으로 가열을 제어할 수 있기 때문에 매우 중요한 결과입니다. 이러한 접근 방식은 온열 치료에서 건강한 조직의 과열 및 손상을 피할 수 있는 가능성을 제공합니다. 그러나 자기 측정 데이터를 고려할 때 졸-겔 방법을 통해 합성된 망간 나노 입자는 교류 자기장에서 필요한 온도(43–45°C)까지 더 효율적으로 가열하기 때문에 자기 온열 요법에 더 적합합니다.
LSMO 망가나이트 나노입자는 3가지 방법을 통해 합성되었다:졸-겔, DEG 용액으로부터의 침전, 그리고 두 가지 다른 계면활성제가 사용된 마이크로에멀젼으로부터의 침전. 이러한 방법을 적용하면 다른 방법에 비해 더 낮은 온도(최대 800°C)에서 한 단계에서 단상 결정질 나노입자를 생산할 수 있습니다. 나노 입자의 형태와 특성에 대한 합성 방법 및 조건의 중요한 영향이 확인되었습니다. 계산된 입자 크기는 20–40nm이며 이러한 입자는 단일 도메인입니다. 나노 입자의 자화는 가열 효율에 영향을 미치는 입자 크기 감소에 정비례하여 변화합니다. 졸-겔 방법을 통해 합성된 나노입자는 더 높은 자화 값을 갖기 때문에 교류 자기장(SLP =38 W/g)에서 더 잘 가열되는 것으로 나타났습니다. 모든 나노 입자에 대한 가열 온도는 고열 유도제로 망가나이트를 적용하는 데 매우 중요한 시간이 지나면 포화 상태가 됩니다. 복잡한 조사는 이 논문에 설명된 방법을 통해 약하게 응집된 초상자성 망가나이트 나노입자를 합성할 가능성을 보여주었습니다. 그러나 졸겔법을 통해 합성된 LSMO 나노입자는 교류 자기장(SLP =38W/g)에서 자기 특성이 더 우수하고 가열 효율이 높기 때문에 다른 물질에 비해 온열 치료 유도제로 더 유망하다. /P>
나노물질
초록 화학 합성 방법에서 금 나노 입자(GNP)의 크기를 조정하기 위해 복잡하고 엄격한 프로토콜을 따릅니다. 이 연구에서 우리는 화학적 환원 방법에서 GNP의 크기를 조정하기 위한 도구로서 용매의 극성을 다룹니다. 화학적 환원법에 의한 금 나노 입자 합성에 대한 반응 매질의 극성 지수 변화 효과가 조사되었다. 극성 용매로 에탄올, 반응 매질로 에탄올-물 혼합물, 환원제로 L-ascorbic acid, 안정제로 polyvinylpyrrolidone을 사용하여 GNP를 합성했습니다. 반응 매질의 극성 지수는 에탄올 대 물의 부피비를
초록 나노기술은 과학의 모든 분야에서 중요한 응용으로 가장 유망한 연구 분야가 되었습니다. 최근 몇 년 동안, 산화주석은 나노미터 범위에서 이 물질의 합성으로 개선된 매혹적인 특성으로 인해 엄청난 주목을 받았습니다. 오늘날 주석 산화물 나노 입자를 생산하기 위해 수많은 물리적 및 화학적 방법이 사용됩니다. 그러나 이러한 방법은 고가이고 높은 에너지를 필요로 하며 합성 과정에서 다양한 유독성 화학물질을 사용한다. 인간의 건강 및 환경적 영향과 관련된 증가된 우려는 생산을 위한 비용 효율적이고 환경 친화적인 공정의 개발로 이어졌습니다
