Многоступенчатую технологию получения композитов, содержащих гадолиний (Gd), с помощью электрофизических методов и механохимического синтеза разработала научная группа отдела магнетизма твердых тел УрФУ с коллегами из Института электрофизики УрО РАН, 13 ноября сообщает пресс-служба УрФУ.

Профессор-исследователь кафедры магнетизма и магнитных наноматериалов УрФУ Галина Курляндская пояснила важность исследований материалов на основе редкоземельных элементов:

«Свойства редкоземельных магнетиков уникальны, а их исследования лишь приобретают дополнительную важность. Гадолиний — один из основных рабочих материалов для устройств магнитного охлаждения. Кроме того, наночастицы, содержащие гадолиний, перспективны в качестве контрастирующих агентов для резонансной томографии, материалов для достижения терапевтических эффектов при радиотерапии, использования в устройствах спинтроники и микроэлектроники, магнитном биодетектировании».

При том что существует большой накопленный опыт по созданию магнитных наночастиц для биоприложений, в основном это биосовместимые наночастицы магнетита, однако остается нерешенной проблема малых размеров партий таких частиц, получаемых обычно методом химического синтеза, отмечают разработчики.

«Электрофизические методы, такие как электрический взрыв проволоки и лазерное испарение мишени, позволяют получить большие партии (порядка 100 г и более) и создают уникальную базу для новой многоступенчатой технологии получения наночастиц, содержащих гадолиний», — рассказала Галина Курляндская.

Эти методы, использованные для получения сферических наночастиц железа или магнетита, легированных гадолинием, позволяют варьировать величину намагниченности, а также обеспечивают им более высокий удельный коэффициент поглощения. При этом электрофизические методы считаются «зелеными технологиями», поскольку им требуется меньше сольвентов и воды по сравнению с химическим синтезом.

В предложенном екатеринбургскими учеными многоступенчатом методе после получения электрофизическим методом большой партии наночастиц железа и оксида железа выполняется их размол в шаровой мельнице с заданным количеством микрочастиц гадолиния, которые предварительно получают измельчением быстрозакаленной ленты гадолиния. В результате получаются магнитные композиты нового типа.

На первом этапе проекта, продолжила рассказ Галина Курляндская, был разработан новый метод получения электростатически стабилизированных водных суспензий оксидов железа с помощью размола наночастиц железа или оксидов железа в шаровой мельнице.

Ученые провели тестирование на биологическую совместимость суспензий, полученных стандартным ультразвуковым методом и новым методом размола в шаровой мельнице. Полученные результаты позволили им подать заявку на патент «Магниторезонансное и рентгеновское контрастное средство на основе оксида железа и способ его получения».

Следующий этап исследований ученые посвятили разработке метода получения бимодальных композитов для магнитокалорики и биоприложений за счет совместного размола быстрозакаленной ленты гадолиния и магнитных наночастиц железа или оксида железа, полученных на первом этапе.

В результате они получили большие партии композитов нового типа из крупных наночастиц железа или оксида железа, на поверхности которых были аккумулированы более мелкие наночастицы гадолиния.

Результаты исследования полученных микрочастиц ученые представили в статье «Магнитные и магнитокалорические свойства микрочастиц на основе Gd в области криогенных температур», опубликованной в журнале «Физика твердого тела».

«Появление материалов нового типа требует и создания дополнительных методов их аттестации. Например, на основе получаемых механосинтезом ансамблей наночастиц можно синтезировать наполненные магнитные полимерные композиты. Созданная методика измерения гигантского магнитоимпедансного эффекта в присутствии магнитной вставки (образца такого композита) позволяет бесконтактно определять как его положение, так и концентрацию наночастиц наполнителя в композите», — завершила свой рассказ о проекте Галина Курляндская.