Наночастицы железо-кобальтового сплава FeCo@C с высокими показателями устойчивости и намагниченности получили ученые Института физики металлов (ИФМ) УрО РАН и Уральского федерального университета (УрФУ), 17 ноября сообщает пресс-служба университета.

Новые наночастицы могут найти применение в таких областях, как катализ, водородная энергетика, сенсорные и абсорбционные системы, а также в медицине.

Исследователи, работавшие в рамках государственной программы «Магнит», намеревались разработать метод получения наночастиц с заданными магнитными свойствами, которые можно задавать с большой точностью.

Проведенные опыты с использованием для создания наночастиц железа как самого известного и широко распространенного магнитного материала вскрыли проблему — из покрывающей частицы железа для защиты от окисления и ухудшения магнитных свойств углеродной оболочки при отжиге углерод проникал внутрь и образовывал карбид железа, что также значительно ухудшало магнитные свойства наночастиц железа.

Руководитель исследовательского проекта, старший научный сотрудник лаборатории кинетических явлений ИФМ УрО РАН Александр Гермов рассказал:

«Эту проблему мы решили добавлением к железу кобальта, который препятствует проникновению углерода внутрь наночастиц и образованию карбида. Выбор кобальта продиктован еще и тем, что сплав железа с кобальтом обладает хорошими магнитными свойствами».

При отжиге эти металлы в наночастицах распределяются равномерно, и побочная «немагнитная» фаза железа преобразуется в магнитную за счет разбавления кобальтом.

Делая сплав внутри наночастиц более однородным по химическому составу, термообработка существенно увеличивает стабильность и намагниченность наночастиц и не только не разрушает, а, наоборот, улучшает структуру углеродного покрытия, что предотвращает воздействие токсичного кобальта, содержащегося в ядре наночастиц в случае их использования в медицине.

Поскольку существующие методы измерения магнитных свойств полученных наночастиц дают представление о характеристиках материала в целом, а не отдельных частиц, исследователям пришлось использовать новый подход.

«Новизна нашего подхода для исследования частиц заключается в применении взаимодополняющих методов с атомным разрешением: это мессбауэровская (или ядерная гамма-резонансная, ЯМР) спектроскопия и ядерный магнитный резонанс. Таким образом, данные о микроскопических свойствах наночастиц сплава удалось разумным образом согласовать с макроскопическими магнитными данными, полученными из измерений магнитной восприимчивости», — объяснил главный научный сотрудник лаборатории прикладного магнетизма ИФМ УрО РАН, профессор УрФУ Анатолий Ермаков.

Результаты исследования новых наночастиц разработчики представили в статье «ЯМР- и мессбауэровские исследования ферромагнитных наночастиц типа ядро-оболочка FeCo@C вблизи суперпарамагнитного перехода», опубликованной в Journal of Magnetism and Magnetic Materials.

Полученные исследователями наночастицы со структурой «ядро-углеродная оболочка» с магнитным ядром из железа и кобальта могут, после дополнительных исследований, быть востребованы в качестве диагностических агентов в магнитно-резонансной томографии.

Такие магнитные наночастицы способны накапливаться в патологических очагах, что позволит при МРТ получать их более контрастное изображение. Также подобные наночастицы могут быть использованы как терапевтические агенты для лечения различных заболеваний, обеспечивающие адресную доставку лекарств в органы и ткани пациента, а также для лечения раковых опухолей методом магнитной гипертермии.