다중 계층 구조의 영향

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 5673(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

초상자성 산화철 나노입자의 자기적 특성은 주로 입자 크기와 입자 크기 분포에 의해 제어됩니다. 종종 산화철 나노플라워(IONF)라고 불리는 다중 코어 산화철 나노입자의 자기 특성은 인접한 코어 사이의 자기 모멘트의 상호 작용에 의해 추가로 영향을 받습니다. 따라서 IONF의 자기적 특성을 이해하려면 IONF의 계층 구조에 대한 지식이 필수적입니다. 이 기여에서는 상관 멀티스케일 투과 전자 현미경(TEM), X선 회절 및 동적 광산란을 사용하여 멀티 코어 IONF의 아키텍처를 조사했습니다. 멀티스케일 TEM 측정은 저해상도 및 고해상도 이미징과 기하학적 위상 분석으로 구성되었습니다. IONF에는 평균 화학 조성 \(\gamma\)-Fe\(_{2.72\pm 0.02}\)O\(_4\)를 갖는 마그헤마이트가 포함되어 있습니다. 스피넬 페라이트 구조의 팔면체 격자 위치에 위치한 금속 공극은 부분적으로 정렬되었습니다. 개별 IONF는 직접 이웃 간의 특정 결정학적 방향 관계를 자주 보여주는 여러 코어로 구성됩니다. 이러한 방향성 부착은 코어 내의 자기 정렬을 용이하게 할 수 있습니다. 개별 코어는 거의 동일한 결정학적 방향을 갖는 부분적으로 응집성인 나노결정으로 구성되었습니다. 미세구조 분석을 통해 밝혀진 개별 성분의 크기는 측정된 자화 곡선을 Langevin 함수로 피팅하여 얻은 자분 입자 크기와 상관관계가 있었습니다.

최근 수십 년 동안 자성 산화철 나노입자(IONP)는 고열 암 치료를 위한 열 매개체1, 약물 전달을 위한 운반체2 또는 자기 공명 영상3의 조영제와 같은 생의학 응용 분야에서 가장 유망한 나노 물질 중 하나로 부상했습니다. IONP의 다양한 응용은 초상자성 거동, 높은 포화 자화, 우수한 생체 적합성 및 다양한 생체 활성 분자를 부착하여 IONP를 기능화할 수 있는 가능성을 포함한 우수한 특성의 조합에서 발생합니다.

IONP는 일반적으로 자철광(Fe\(_3\)O\(_4\)) 및/또는 마그헤마이트(\(\gamma\)-Fe\(_2\)O\(_3\))로 구성되며 스피넬로 결정화됩니다. -사면체 및 팔면체로 배위된 철 양이온을 갖는 유사 구조. 자철석(공간 그룹 \(Fd{\bar{3}}m\))은 각각 Wyckoff 위치 8b 및 16c에서 Fe\(^{2+}\) 및 Fe\(^{3+}\) 양이온을 수용합니다4 . 이러한 양이온 분포는 전하 중립성을 보장합니다. 그러나 자철석과 달리 마그헤마이트의 일부 팔면체 철 부위는 Fe\(_{2.67}\)O\(_4\에 해당하는 화학 조성 Fe\(_2\)O\(_3\)을 보존하기 위해 비어 있어야 합니다. ) 스피넬과 같은 결정 구조에서. 산소 부격자는 여전히 완전히 채워져 있습니다.

Fe 결손은 순서화되는 경향이 있으며, 이로 인해 \(\gamma\)-Fe\(_2\)O\(_3\)의 다양한 결정 구조가 형성되는 것으로 나타났습니다. 무작위로 분포된 공극을 갖는 \(\gamma\)-Fe\(_2\)O\(_3\)의 결정 구조는 여전히 공간군 \(Fd{\bar{3}})을 갖는 단순한 입방정 스피넬로 설명될 수 있습니다. m\)5. 두 개의 서로 다른 팔면체 사이트 중 하나에서만 부분적으로 정렬된 공석이 있는 \(\gamma\)-Fe\(_2\)O\(_3\)는 공간 그룹 \(P4_332\)6, \(\gamma\)에 설명되어 있습니다. -Fe\(_2\)O\(_3\) 정방형 공간 그룹 \(P4_32_12\)의 서로 다른 세 개의 팔면체 사이트 중 하나에 부분적으로 정렬된 공석이 있지만 격자 매개변수 a와 c7이 거의 동일합니다. 완전히 정렬된 공석이 있는 \(\gamma\)-Fe\(_2\)O\(_3\)는 \(c\about 3a\)8이 있는 공간 그룹 \(P4_12_12\)에서 정사각형 상부 구조로 설명되었습니다. 입방정 스피넬 단위 셀의 공극 순서 및 정방형 왜곡은 원래 '미정질' \(\gamma\)-Fe\(_2\)O\(_3\)에 대해 보고되었습니다. 그러나 IONP9,10,11에서도 동일한 현상이 관찰되었습니다.