Суперпарамагнетизм композитов Fe3O4–Fe3 – xTixO4: микромагнитное моделирование

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

На основе модели ансамбля магнитостатически взаимодействующих частиц проведено моделирование магнитных свойств композитов Fe3O4–Fe3 – xTixO4, синтезированных различными способами. Полученные результаты хорошо согласуются с гистерезисными характеристиками образцов, рассчитанными ранее в рамках модели химически неоднородных двухфазных частиц. Показано, что использованный подход применим также к состоящим преимущественно из суперпарамагнитных частиц образцам, в которых остаточная намагниченность насыщения обеспечивается заблокированными за счет магнитостатического взаимодействия частицами.

Об авторах

П. В. Харитонский

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

Email: ralin.ayu@dvfu.ru
Россия, 197022, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, 5

К. Г. Гареев

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

Email: ralin.ayu@dvfu.ru
Россия, 197022, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, 5

А. Ю. Ралин

Дальневосточный федеральный университет

Email: ralin.ayu@dvfu.ru
Россия, 690922, п. Аякс, 10, остров Русский, Владивосток

Е. С. Сергиенко

Санкт-Петербургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: ralin.ayu@dvfu.ru
Россия, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7-9

Список литературы

  1. Zhong Y., Liang X., Zhong Y., Zhu J., Zhu S., Yuan P., He H., Zhang J. Heterogeneous UV/Fenton degradation of TBBPA catalyzed by titanomagnetite: Catalyst characterization, performance and degradation products // Water Res. 2012. V. 46. P. 4633–4644.
  2. Zhang J., Zhang C., Wei G., Zhang C., Zhu J., He H., Liang X. Catalytic activity of titanomagnetite in heterogeneous fenton reaction: Contribution from structural Fe2+ and Fe3+ // J. Nanosci. Nanotechnol. 2017. V. 17. P. 7015–7020.
  3. Azarifar D., Abbasi Y., Badalkhani O. Sulfonic acid–functionalized titanomagnetite nanoparticles as recyclable heterogeneous acid catalyst for one–pot solvent–free synthesis of 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-ones/thiones // J. Iran. Chem. Soc. 2016. V. 13. P. 2029–2038.
  4. Azarifar D., Asadpoor R., Badalkhani O., Jaymand M., Tavakoli E., Bazouleh M. Sulfamic-acid-functionalized Fe3 – xTixO4 nanoparticles as novel magnetic catalyst for the synthesis of hexahydroquinolines under solvent-free condition // Chemistry Select. 2018. V. 3. P. 13 722–13 728.
  5. Azarifar D., Badalkhani O., Abbasi Y. Silica-modified magnetite Fe3O4 nanoparticles grafted with sulfamic acid functional groups: an efficient heterogeneous catalyst for the synthesis of 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-one and tetrahydrobenzo[b]pyran derivatives // J. Sulfur Chem. 2016. V. 37. P. 656–673.
  6. Liu J., Pearce C.I., Liu C., Wang Z., Shi L., Arenholz E., Rosso K.M. Fe(3 – x)TixO4 nanoparticles as tunable probes of microbial metal oxidation // J. Amer. Chem. Soc. 2013. V. 135. P. 8896–8907.
  7. Pearce C.I., Qafoku O., Liu J., Arenholz E., Heald S.M., Kukkadapu R.K., Gorski C.A., Henderson C.M.B., Rosso K.M. Synthesis and properties of titanomagnetite (Fe(3 – x)TixO4) nanoparticles: A tunable solid-state Fe(II/III) redox system // J. Colloid Interface Sci. 2012. V. 387. P. 24–38.
  8. McElhinny M.W., McFadden P.L. Paleomagnetism: continents and oceans // Academic Press, San Diego, 2000. 386 p.
  9. Kharitonskii P., Kirillova S., Gareev K., Kamzin A., Gurylev A., Kosterov A., Sergienko E., Valiullin A., Shevchenko E. Magnetic granulometry and Mössbauer spectroscopy of synthetic FemOn–TiO2 composites // IEEE Trans. Magn. 2020. V. 56. P. 7200209.
  10. Харитонский П.В., Костеров А.А., Гурылев А.К., Гареев К.Г., Кириллова С.А., Золотов Н.А., Аникиева Ю.А. Магнитные состояния двухфазных синтезированных частиц FemOn–Fe3 – xTixO4: экспериментальный и теоретический анализ // ФТТ. 2020. Т. 62. № 9. С. 1527–1530.
  11. Kharitonskii P., Zolotov N., Kirillova S., Gareev K., Kosterov A., Sergienko E., Yanson S., Ustinov A., Ralin A. Magnetic granulometry, Mössbauer spectroscopy, and theoretical modeling of magnetic states of Fem On–Fem – xTixOn composites // Chinese Journal of Physics. 2022. V. 78. P. 271–296.
  12. Харитонский П.В., Аникиева Ю.А., Золотов Н.А., Гареев К.Г., Ралин А.Ю. Микромагнитное моделирование композитов Fe3O4–Fe3 – xTixO4 // ФТТ. 2022. Т. 64. № 9. С. 1323–1327.
  13. Hah H.Y., Gray S., Johnson C.E., Johnson J.A., Kolesnichenko V., Kucheryavy P., Goloverda G. Mössbauer spectroscopy of superparamagnetic Fe3O4 nanoparticles // J. Magn. Magn. Mater. 2021. V. 539. P. 168382.
  14. Dunlop D.J. Superparamagnetic and single-domain threshold sizes in magnetite // J. Geophys. Res. 1973. V. 78. P. 1780–1793.
  15. Kucheryavy P., He J., John V.T., Maharjan P., Spinu L., Goloverda G.Z., Kolesnichenko V.L. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles with variable size and an iron oxidation state as prospective imaging agents // Langmuir. 2013. V. 29. P. 710–716.
  16. Johnson C.E., Johnson J.A., Hah H.Y., Cole M., Gray S., Kolesnichenko V., Kucheryavy P., Goloverda G. Mössbauer studies of stoichiometry of Fe3O4: characterization of nanoparticles for biomedical applications // Hyperfine Interact. 2016. V. 237. P. 27.
  17. Al-Omari I.A., Narayanaswamy V., Halder S., Hamdeh H.H., Alaabed S., Kamzin A.S., Muralee Gopi C.V.V., Khaleel A., Issa B., Obaidat I.M. Mössbauer investigations in hematite nanoparticles // Bioint. Res. Appl. Chem. 2022. V. 12. P. 4626–4636.
  18. Ралин А.Ю., Харитонский П.В. Магнитная метастабильность малых неоднородных ферримагнитных частиц // ФММ. 1994. Т. 78. № 3. С. 38–43.
  19. Щербаков В.П. О функции распределения молекулярных полей в системах со случайно распределенными центрами взаимодействия // ФММ. 1979. Т. 48. № 6. С. 1134–1137.
  20. Альмиев А.С., Ралин А.Ю., Харитонский П.В. Функции распределения полей диполь-дипольного взаимодействия разбавленных магнетиков // ФММ. 1994. Т. 78. № 1. С. 28–34.
  21. Kirschvink J.L., Jones D.S., MacFadden B.J. Magnetite biomineralization and magnetoreception in organisms. A new biomagnetism // Plenum Press. N.Y. 1985. 682 p.
  22. Ралин А.Ю., Харитонский П.В. Влияние тепловых флуктуаций на стабильность магнитного состояния малых двухфазных феррочастиц // ФММ. 2002. Т. 93. № 2. С. 9–14.
  23. Харитонский П.В. Магнитостатическое взаимодействие суперпарамагнитных частиц, рассеянных в тонком слое // ФТТ. 1997. Т. 39. № 1. С. 185–186.
  24. Roberts A.P., Almeida T.P., Church N.S., Harrison R.J., Heslop D., Li Y., Li J., Muxworthy A.R., Williams W., Zhao X. Resolving the origin of pseudo-single domain magnetic behavior // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2017. V. 122. P. 9534–9558.
  25. Starowicz M., Starowicz P., Żukrowski J., Przewoźnik J., Lemański A., Kapusta C., Banaś J. Electrochemical synthesis of magnetic iron oxide nanoparticles with controlled size // J. Nanoparticle Res. 2011. V. 13. P. 7167–7176.
  26. Roberts A.P., Tauxe L., Heslop D., Zhao X., Jiang Z. A critical appraisal of the “Day” diagram // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2018. V. 123. P. 2618–2644.
  27. Néel L. Théorie du traînage magnétique des ferromagnétiques en grains fins avec application aux terres cuites // Annales de Géophysique. 1949. V. 5. P. 99–136.
  28. Харитонский П.В., Фролов А.М. Моделирование магнитостатического взаимодействия в многослойных структурах // Изв. ВУЗов. Физика. 2010. Т. 53. № 3-2. С. 197–200.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать