Квазистатические магнитные свойства и высокочастотные энергетические потери в наночастицах CoFe₂O₄

Abstract

Две серии наноразмерных частиц кобальтовых ферритов-шпинелей CoFe₂O₄ синтезированы из солей металлов с применением высокоэнергетической шаровой мельницы с добавлением NaCl в качестве агента роста (серия CFO-NaCl) или без него (серия CFO). Свойства частиц охарактеризованы с помощью атомной силовой микроскопии, магнитных и калориметрических измерений. Показано, что средние размеры нано- частиц составляют ∼5,6 и ∼10,3 нм для CFO и CFO-NaCl серий соответственно. Выполнены магнитостатические измерения и определены параметры, необходимые для анализа магнитного состояния и процессов перемагничивания наночастиц. Показано, что температура блокировки составляет ≈ 160 К для образцов серии CFO и ≈ 300 К для образцов серии CFO-NaCl. Сделан вывод, что при 293 К частицы серии CFO пребы- вают в суперпарамагнитном, а частицы серии CFO-NaCl — в блокированном состояниях. Измерена экспериментально и оценена теоретически удельная мощность, которая рассеивается ансамблями синтезированных наночастиц при помещении их в переменное магнитное поле. Проанализирована природа процессов, определяющих тепловые характеристики наночастиц

Дві серії нанорозмірних частинок кобальтових феритів-шпінелей CoFe₂O₄ синтезовано із солей металів з використанням високоенергетичного шарового млина з додаванням NaCl в якості агенту росту (серія CFO-NaCl) або без нього (серія CFO). Властивості частинок охарактеризовано за допомогою атомної силової мікроскопії, магнітних і калориметричних вимірювань. Показано, що середні розміри наночастинок складають ∼5,6 та ∼10,3 нм для CFO й CFO-NaCl серій відповідно. Виконано магнітостатичні вимірювання і визначено параметри, необхідні для аналізу магнітного стану і процесів перемагнічування наночастинок. Показано, що температура блокування складає ≈ 160 К для зразків серії CFO та ≈ 300 К для зразків серії CFO-NaCl. Зроблено висновок, що при 293 К частинки серії CFO знахо- дяться в суперпарамагнітному, а частинки серії CFO-NaCl — в блокованому станах. Виміряно експериментально і оцінено теоретично питому потужність, яка розсіюється ансамблями синтезованих наночастинок при поміщенні їх у змінне магнітне поле. Проаналізовано природу процесів, які визначають теплові характеристики наночастинок.

Two series of nanosized cobalt spinel ferrites CoFe₂O₄ are synthesized from metal salts using high-energy ball milling with the addition of NaCl as a growth agent (series CFO-NaCl), and without (CFO Series). The particle properties are characterized using atomic force microscopy, as well as magnetic and calorimetric measurements. It is shown that the average sizes of the nanoparticles were ∼5.6 and ∼10.3 nm for CFO and CFO-NaCl series, respectively. We performed magnetostatic measurements and determined the parameters that are required to analyze the magnetic state and remagnetization processes of the nanoparticles. It is shown that the blocking temperature is ≈160 K for CFO samples and ≈300 K for the CFO-NaCl series. It was concluded that at 293 K the CFO series particles exhibit a superparamagnetic state, whereas the CFO-NaCl series are in the blocked state. The specific loss power that is scattered by the synthesized nanoparticle ensembles placed in an alternating magnetic field, is measured experimentally and theoretically assessed. The nature of the processes that determine the thermal characteristics of the nanoparticles is analyzed.