Российские учёные синтезировали магнитные наночастицы оксида железа с помощью лазерного излучения. Оригинальная конструкция лазера, а также оптимизация условий синтеза позволили существенно улучшить результаты иностранных исследователей, которые использовали тот же метод получения тех же наночастиц. Но главный результат, конечно, не в том, что наши перегнали зарубежных коллег, а в открывающихся перспективах использования магнитных наночастиц. Их можно успешно применять в борьбе с загрязнением окружающей среды.

Очистка почв и сточных вод от загрязнений, причинённых человеком и его жизнедеятельностью, – серьёзная проблема крупных городов и промышленных районов. Инженеры и исследователи предлагают множество способов её решения, один из которых – применение магнитных сорбентов, то есть веществ, способных поглощать загрязнители. Наличие магнитных свойств у сорбента считается большим плюсом, потому что это позволяет избегать применения трудоёмких операций по отделению отработанного очистителя из раствора, заменив их простой сепарацией с помощью магнитного поля.

Как показали исследования, нанопорошок магнитного оксида железа Fe₂O₃ служит отличным сорбентом тяжёлых металлов, например хрома, из различных сред. Большая удельная поверхность нанопорошка придаёт ему большую сорбирующую ёмкость, а самими наночастицами можно легко управлять с помощью магнитного поля.

Кроме этого, магнитные частицы оксида железа уже находят применение в биокерамике и направленной доставке лекарств.

В связи с тем, что магнитные наночастицы обладают большими перспективами, необходимо искать эффективные способы их производства. Наиболее развитым и универсальным методом получения подобных порошков, по мнению исследователей Института электрофизики Уральского отделения РАН, является лазерный синтез.

С помощью лазерного излучения учёные этого института испаряли мишень, изготовленную прессованием обычного коммерческого немагнитного порошка окиси железа. Затем пары испарённой мишени конденсировались в потоке несущего газа (в исследовании применялись воздух и аргон), после чего с потоком газа проходили в различные фильтрующие элементы. Варьируя типы и давление газа, а также скорость прокачки, учёные добились оптимального режима синтеза. Благодаря оригинальному строению изготовленного лазера и оптимизации синтеза, учёным удалось превзойти достижения иностранных коллег, синтезировавших нанопорошок посредством того же метода и опубликовавших результаты в Journal of Magnetism and Magnetic Materials.

Наши соотечественники примерно в два раза увеличили выход наночастиц и в восемь раз снизили затраты энергии лазерного излучения.

Исследования на электронном просвечивающем микроскопе выявили, что наночастицы имели сферическую или огранённую форму, а их средний размер составлял 15,3 нм. Также учёные проанализировали кристаллографическую структуру нанопорошков, что показало наличие фаз магнитных оксидов железа (маггемита и магнетита). Однако при некотором давлении газа исследователи также обнаруживали в нанопорошке метастабильный оксид железа, который понижал магнитные свойства порошка.

Дальнейшее развитие методов синтеза магнитных нанопорошков откроет пути по созданию новых композитных материалов, носителей информации с высокой плотностью магнитной записи, а также способов очистки почв и сточных вод.

Работа выполнена при финансовой поддержке Уральского отделения РАН (междисциплинарный проект «Разработка новых сорбентов на основе нанокристаллических ферромагнетиков для очистки природных и сточных вод от ионов тяжёлых металлов»).

Источник информации:

В. В. Осипов, В. В. Платонов, М. А. Уймин, А. В. Подкин Лазерный синтез нанопорошков магнитных оксидов железа. – Журнал технической физики. – 2012. – Т. 82. – вып. 4.