Príprava magnetických plnív s vlastnosťami na mieru pre polymérne kompozity a suspenzie

Abstract

Prezentovaná dizertačná práca je predložená vo forme komentovaného tematicky aranžovaného súboru piatich pôvodných článkov so sprievodným textom. Metódy syntézy magnetických nanočastíc, ich základné rysy a vlastnosti s dôrazom na potencionálne aplikácie sú zhrnuté do obecného prehľadu, ktorý taktiež zahrňuje súčasné aplikačné trendy v mnohých odvetviach. Bola vyvinutá originálna metóda na prípravu magnetických častíc oxidov železa pomocou mikrovlnne-asistovanej solvotermálnej techniky. Bol taktiež objasnený mechanizmus vzniku častíc pomocou tejto metódy. Na základe tohto mechanizmu bol navrhnutý spôsob ovplyvňovania vlastností častíc pomocou precízneho riadenia parametrov syntézy. Magnetické častice tvorené magnetitom/maghemitom boli pripravené v priebehu 30 minút, zatiaľ čo konvenčné solvotermálne techniky trvajú 12-24 hodín. Veľkosť častíc (20-120 nm), ich tvar a organizácia (monokryštalické polyhedrálne častice, polykryštalické guľovité zhluky) a prítomnosť kryštalických nečistôt (hematit, goethit a ďalšie) boli riadené nastavením parametrov syntézy. Kryštalická štruktúra častíc bola určená pomocou röntgenovej difrakcie, morfológia a distribúcia veľkosti častíc boli sledované pomocou skenovacej a transmisnej elektrónovej mikroskopie. Magnetické vlastnosti boli študované pomocou vibračnej magnetometrie a frekvenčne závislého meranie komplexnej magnetickej permeability. Je dobre známe, že u materiálov v nano a mezoškále je príspevok povrchových atómov k magnetickej anizotropii značný, a teda magnetické chovanie týchto materiálov je silne závislé na veľkosti častíc. Z tohto dôvodu bola diskutovaná i korelácia medzi parametrami syntézy, štruktúrou a morfológiou častíc a ich magnetickými vlastnosťami. Za účelom získať magnetické častice podlhovastého tvaru, ktoré sú veľmi vhodné napríklad pre použitie v magnetoreologických suspenziách, bola navrhnutá metóda, ktorá využíva tepelný rozklad málo stabilných prekurzorov pri zvýšenej teplote. Jedná sa o proces, ktorý pozostáva z dvoch krokov: prvý krok zahrňuje solvotermálnu syntézu prekurzoru podlhovastého tvaru, ktorý je v druhom kroku rozložený na častice oxidov železa, ktoré si ponechávajú tvar prekurzoru. Oba kroky zahrňujú mikrovlnný ohrev miesto bežného zahrievania a teda je tento proces rýchly a vysoko efektívny. Efektivita pripravených nanočasticových systémov bola preukázaná magnetoreologickými experimentmi ako aj in vitro kalorimetriou pre perspektívne aplikácie v hypertermii.