Про работы с пористым оксидом алюминия и о магнитных нанокомпозитах на его основе можно также почитать здесь.
Полимеры, допированные ферромагнитными или суперпарамагнитными частицами, привлекают все большее внимание в связи с необычными магнитными свойствами, а также обширными областями их практического применения. Например, суперпарамагнитные наночастицы потенциально пригодны для доставки лекарств в организм человека. Применение ферромагнитных композитов в гипертермии и устройствах хранения данных также может иметь большое будущее. Использование полимерных оболочек для внедряемых в организм магнитных частиц существенно улучшает их химическую стабильность и снижает токсичность, однако полностью сохраняет полезные свойства.
Испанскими исследователями предложен на удивление простой, быстрый и недорогой способ получения наноразмерных фибриллярных частиц с магнитными свойствами. В качестве темплата для синтеза был использован пористый оксид алюминия. Гексагональное упорядочение вертикальных цилиндрических пор, диаметр и длина которых варьируется в широких пределах (20-450 нм и 1-200 мкм соответственно), в сочетании с механической прочностью и инертностью по отношению к большинству органических веществ делает пленки Al2O3 удобной матрицей для создания наночастиц с широким диапазоном свойств и размеров. После селективного растворения оксида удается получить однородно распределенные по размерам нитевидные частицы.
В работе описан синтез фибриллярных композитов на основе двух полимеров: поливинилового спирта (ПВС, М = 94000 г/моль) и поливинилхлорида (ПВХ, М = 112000 г/моль). В качестве неорганической составляющей использовались магнитные жидкости, содержащие сферические частицы CoFe2O4 и Fe3O4. Диаметр наносфер был определен при помощи просвечивающей электронной микроскопии и составил 20 и 10 нм соответственно. Непосредственно для синтеза использовался водный раствор, содержащий 2,5% сферических частиц CoFe2O4 и 5% ПВС по массе. Для ПВХ и оксида железа раствор был приготовлен на основе тетрагидрофурана (ТГФ) и содержал 10% поливинилхлорида и 5% наночастиц по массе. Мезопористый оксид алюминия был получен методом двухстадийного анодирования в щавелевой кислоте. В работе использовались пористые матрицы двух типов: без удаления барьерного слоя, толщиной 2 мкм и диаметром пор 70 нм, и со сквозными порами диаметром 50 нм и длиной 150 мкм.
Методика синтеза на удивление проста (рис. 1). Раствор ПВС/CoFe2O4 за счет понижения давления с одной стороны пленки до 500 мбар просачивается через поры анодированного оксида алюминия, равномерно заполняя их (рис. 1а). После испарения избытка растворителя при температуре 60°С поверхность оксидной пленки была механически очищена от частиц ПВС/CoFe2O4. В результате была получена матрица Al2O3 , содержащая полимерные нанонити длиной 150 мкм и диаметром 70 нм. Однако вышеописанный метод требует определенной механической прочности оксидной пленки, поэтому работы проводились с образцами толщиной не менее 40 мкм. Для получения фибрилл меньшей длины использовали оксидные матрицы без отделения от алюминиевой подложки (рис. 1б). Полное заполнение пор матрицы в этом случае обеспечивало использование хорошо текучих жидкостей, таких как ТГФ. Кроме того, синтез проводили при пониженном давлении для удаления воздуха из пор анодированного оксида алюминия. Последующие испарение растворителя и очистка поверхности пленки, проведенные аналогичным образом, позволили получить композиты Al2O3/ПВХ/Fe3O4 с длиной нити около 2 мкм и диаметром 50 нм.
Полное заполнение матрицы подтверждают микрофотографии, полученные методом сканирующей электронной микроскопии (рис. 2,3). На рисунках четко видны нитевидные наночастицы, повторяющие форму матрицы и однородно распределенные по размерам. Магнитные измерения полученных композитов свидетельствуют об анизотропии свойств образцов (рис. 4). В зависимости от ориентации в магнитном поле изменяется наклон петель магнитного гистерезиса и коэрцитивная сила образца.
Вполне возможно, что предложенный метод найдет широкое применение для синтеза полимерных нанонитей с разнообразными включениями в матрицах пористого оксида алюминия.
Работа «One-dimensional magnetopolymeric nanostructures with tailored sizes» опубликована в журнале Nanotechnology.
