Magnetické vlastnosti partikulárních látek na bázi magnetitu.

Nikola Vítkovská

Doctoral thesis

Magnetic Properties of Particulate Materials on the Basis of Magnetite.

Abstract:

Tématem dizertační práce jsou magnetické vlastnosti partikulárních látek na bázi magnetitu. Moderní oblastí nanotechnologií jsou právě systémy bohaté na železo studované z hlediska jejich magnetických účinků na biologické systémy (magnetorecepce, biosenzorika, apod.). Zmíněné magnetické vlastnosti jsou v této práci zkoumány metodou konstrukce Henkelových grafů získaných z měření panenských a hysterezních smyček za pomoci vibračního magnetometru VSM EV9 od firmy Microsense. Zkoumaným materiálem jsou uměle připravované vzorky složené z magnetitu (o velikosti částic 50 - 100 nm) smíchaného s diamagnetickou matricí oxidu hořečnatého (o velikostech částic ≈ 9 μm, ≈ 260 nm a ≈ 2 μm). Práce je zaměřena zejména na studium mezičásticových magnetických interakcí zmíněných směsných vzorků, a to jak v závislosti na velikosti částic jednotlivých použitých složek, tak také na zvoleném způsobu přípravy vzorků. Cílem je pochopení mechanismu magnetických interakcí v daných směsích nanočástic. Kritériem je vyhodnocení vlivu technologie přípravy jednotlivých vzorků, vlivu procentuálního složení jednotlivých částí směsí a efektu velikosti částic diamagnetické složky směsi a jejich vliv na na intenzitu mezičásticových magnetických interakcí. Obsahem výsledků jsou také snímky vzorků z rentgenové disperzní analýzy a skenovacího elektronového mikroskopu pro vybrané vzorky. Bylo zjištěno, že poměr magnetické a nemagnetické složky a také teplota ovlivňuje intenzitu zmíněných interakcí. Určitým zajímavým poměrem se jeví být 30 hmot. % magnetitu (u směsi s velikostí částic MgO ≈ 9 μm), protože při této koncentraci jsou interakce nejintenzivnější. V práci jsou diskutovány možné příčiny tohoto efektu.

Abstract:

The topic of the dissertation are magnetic qualities of particle substances on the basis of magnetite. Systems which are rich in iron, studied in terms of magnetic effects on biological systems (magnetoreception, biosensorics, etc.), are a modern area of nanotechnologies. The mentioned magnetic properties are investigated in this thesis by a process of constructing Henkel plots obtained from the measurement of virgin and hysteresis loops using vibrational sample magnetometer VSM EV9 from Microsense. The examined material comprises mixtures consisting of magnetite (of the size of 50 - 100 nm) blended with diamagnetic matrix of magnesium oxide (of the sizes of ≈ 9 μm, ≈ 260 nm and ≈ 2 μm). The dissertation focuses predominantly on the study of interparticle magnetic interactions of the mentioned mixed samples, both depending on the size of the particles of the individually used components and on the selected means of sample preparation. The aim of this work is the understanding of magnetic interaction mechanism in the presented nanoparticle mixtures. The criterion is the evaluation of the influence of the preparation technology of the individual samples, the influence of the proportional composition of the individual mixture components and the effect of the particle size of diamagnetic mixture component depending on the intensity of the interparticle magnetic interactions. The results include among others pictures from x-ray dispersion analysis and scanning electronic microscope for the selected samples. It was found out that the ratio of magnetic and non-magnetic components and the temperature influences the intensity of the mentioned interactions. For system Fe3O4 /MgO (≈ 9 μm), a suitable magnetic ratio appears to be 30 weight % of magnetite, since the interactions are the most intensive with this concentration. Possible reasons of such effect are discussed in the thesis.

Keywords

magnetit, magnetické nanočástice, Henkelovy grafy, panenské a hysterezní smyčky, magnetické interakce, jednodoménové magnetické nanočástice

Keywords

magnetite, magnetic nanoparticles, Henkel plots, virgin and hysteresis loops, magnetic interactions, single-domain magnetic nanoparticles

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 6. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 9. 10. 2017
• Supervisor: Ondřej Životský
• Reader: Karla Barčová, Krzysztof Rokosz, Miroslav Lupták

VŠB - Technical University of Ostrava

Hornicko-geologická fakulta

Doctoral programme / field:
Fyzika / Aplikovaná fyzika