Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός μαγνητικών νανοκρυστάλλων οξειδίου του σιδήρου
Creators: name: Μπριντάκης, Κωνσταντίνος Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2010
Subjects: Νανοκρύσταλλοι
Μαγνητικά υλικά
Οξείδιο του σιδήρου
Nanocrystals
Magnetic materials
Iron oxide

description: Η νανοτεχνολογία αναμένεται να επηρεάσει σημαντικά τις εξελίξεις στην τεχνολογία και στην ποιότητα ζωής. Από πολλούς, χαρακτηρίζεται ως τεχνολογική επανάσταση ανάλογη αυτής της βιομηχανικής του προηγούμενου αιώνα, ενώ ήδη βρίσκει εφαρμογές σε τομείς όπως η οπτική, η βιοϊατρική κι η ηλεκτρονική. Μερικές από τις σημερινές εφαρμογές αφορούν, στην αύξηση της χωρητικότητας σε μαγνητικά μέσα εγγραφής, στην ανάπτυξη αυτοκαθαριζόμενων επιφανειών, καθώς κι στη δημιουργία νέων πρωτοκόλλων για την καταπολέμηση του καρκίνου. Μεγάλο μερίδιο των νανοϋλικών, αποτελούν οι μαγνητικοί νανοκρύσταλλοι, δηλαδή μονοκρύσταλλοι μαγνητικών νανοσωματιδίων. Ειδικότερα, τα κολλοειδή συστήματα οξειδίων του σιδήρου, βρίσκουν ήδη εφαρμογή σε συσκευασίες προστασίας ηλεκτρομαγνητικών σημάτων, αισθητήρες, ιατρικές εφαρμογές, όπως απεικόνιση MRI, μοριακό διαχωρισμό και μοριακή ανίχνευση. Η διπλωματική αυτή εργασία εστιάζεται στους μαγνητικούς νανοκρυστάλλους οξειδίου του σιδήρου και ειδικότερα στα συστήματα Fe3O4, Fe3O4@Au, Fe3O4-APTMS (3-(trimethoxysilyl)propylamine, APTMS). Επίσης παρουσιάζεται η σύζευξη των μαγνητικών νανοκρυστάλλων με αυτούς αργύρου, δίνοντας έτσι ένα νέο σύνθετο σύστημα υλικών που συνδυάζει μαγνητικές και οπτικές ιδιότητες. Η ανάπτυξη των νανοκρυστάλλων γίνεται με τη μέθοδο υγρής χημείας (χημείας κολλοειδών διαλυμάτων), ενώ η μελέτη τους περιλαμβάνει δομικό, μαγνητικό και οπτικό χαρακτηρισμό. Οι νανοκρύσταλλοι Fe3O4 (δομής μαγνητίτη) που προετοιμάστηκαν, είναι διασπειρόμενοι σε οργανικό διαλύτη και παρουσιάζουν υπερπαραμαγνητική συμπεριφορά σε θερμοκρασία δωματίου, ενώ είναι σιδηρομαγνητικοί στους 5 Κ. Χρησιμοποιήθηκαν ως πυρήνες ετερογενούς επιταξίας για την ανάπτυξη κελύφους χρυσού. Η νέα υβριδική δομή πυρήνα@κελύφους, διατηρεί ίδιας μορφής μαγνητική συμπεριφορά, αλλά με μικρότερες τιμές μαγνήτισης. Στους νανοκρυστάλλους Fe3O4 έγινε αντικατάσταση των επιφανειοδραστικών μέσω σιλενοποίησης, ώστε το νέο σύστημα που προκύπτει να είναι διαλυτό σε πολικό διαλύτη, όπως η αιθανόλη και το νερό. Παρά την αντικατάσταση των επιφανειοδραστικών, διατηρήθηκε ο υπερπαραμαγνητισμός και ο σιδηρομαγνητισμός, σε θερμοκρασία δωματίου και στους 5 Κ αντίστοιχα. Τα αντίθετα επιφανειακά φορτία των νανοκρυστάλλων Fe3O4-APTMS και Ag, βοήθησαν στην ηλεκτροστατική σύζευξη τους. Παρατηρήσαμε ότι το συζευγμένο σύστημα, μετατοπίζει και διευρύνει τη ζώνη πλασμονίου σε σχέση με την αντίστοιχη των μητρικών νανοκρυστάλλων Ag.
description: Nanotechnology is expected to influence significantly developments in technology and quality of life. Many people describe it as a technological revolution similar to its industrial past century, and already are applications in areas such as optics, biomedical and electronics. Some of the current applications concern the increasing of the capacity in magnetic recording media, coatings for self-cleaning surfaces, and the creation of new protocols on the fight against cancer. A large part of nanomaterials are magnetic nanocrystals, which are monocrystalline magnetic nanoparticles. In particular, the colloids of iron oxides are already implemented in packages for protection of electromagnetic signals, sensors, and medical applications such as imaging, molecular separation and molecular detection. This thesis focuses on magnetic nanocrystals of iron oxide and specifically on the systems Fe3O4, Fe3O4@Au, Fe3O4-APTMS (3-(trimethoxysilyl)propylamine, APTMS). It also shows the coupling of magnetic nanocrystals with those of silver, giving a new complex system that combines magnetic and optical properties. The growth of nanocrystals is a wet chemistry method (colloidal chemistry), and the study includes structural, magnetic and optical characterization. Fe3O4 nanocrystals (magnetite’s structure) which were prepared are dispersible in an organic solvent and exhibit superparamagnetic behavior at room temperature whereas are ferromagnetic at 5 K. They were used as nuclei in heterogeneous epitaxy for growing of a golden shell. The new hybrid core@shell structure has the same magnetic behavior, but with smaller magnetization values. The surfactants of Fe3O4 nanocrystals were replaced successfully by a silanzation process, so the new system appears to be soluble in polar solvent, such as ethanol and water. Despite the replacement of the initial surfactant, superparamagnetism and ferromagnetism was retained at room temperature and 5 K respectively. The opposite surface’s charges of Fe3O4-APTMS nanocrystals and Ag, helped their electrostatic coupling. We observed that the coupling system shifts and broadens its plasmon band than the one of maternal Ag nanocrystals.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)