CoFe2O4 / Fe3O4およびFe3O4 / CoFe2O4コア/シェルナノ粒子における深い界面効果

要約

2セットのコア/シェル磁性ナノ粒子、CoFe ₂ O ₄ / Fe ₃ O ₄ およびFe ₃ O ₄ / CoFe ₂ O ₄ 、コアの直径が固定されており（前者のセットでは〜4.1 nm、後者のセットでは〜6.3 nm）、シェルの厚さは2.5 nmまでで、ジエチレングリコール溶液中の金属塩化物から合成されました。ナノ粒子は、X線回折、透過型電子顕微鏡、および磁気測定によって特徴づけられました。磁気測定の結果の分析は、シェルで磁性ナノ粒子をコーティングすると、2つの同時効果が生じることを示しています。1つはコアとシェルの界面のパラメータを変更し、2つ目は粒子にコアとシェル。最初の効果は、コアとシェルのパラメータが互いに大きく異なる場合に特に顕著になります。得られた結果は、コア/シェルスピネルフェライト磁性ナノ粒子のパラメータを最適化および調整して、さまざまな技術的および生物医学的アプリケーションで使用するのに役立ちます。

背景

コア/シェルアーキテクチャは、さまざまな材料を組み合わせて、特性が改善されたナノ構造を製造する可能性があるため、ますます関心を集めています[1、2]。サイズ、形状、組成の変化に加えて、さまざまな磁性材料の界面結合による磁気特性の調整が一般的な戦略となり、基礎科学および技術アプリケーションにおける合理的な材料設計と特性制御のための新しい変数が導入されます[3、4 ]。最近の研究では、永久磁石のエネルギー生成物を改善し[5]、磁性ナノ結晶の熱安定性を高めて記録媒体の「超常磁性限界」を克服し[6]、パラメータを最適化することで、双磁性コア/シェルナノ結晶のいくつかのメリットが実証されています。生物医学的応用のためのナノ粒子[3、7]。さまざまな磁性材料のコア/シェルの組み合わせを探索することで、磁気相互作用の基本的な理解が深まり、さまざまな特定のアプリケーションに望ましい磁気特性を実現できるようになります。

最も重要で広く利用されている磁性材料の1つとして、スピネルフェライトシステムは磁性的に硬い材料と柔らかい材料の両方で構成されています。たとえば、コバルトフェライト（CoFe ₂ O ₄ ）は、大きな結晶磁気異方性定数 K で磁気的に硬い> 10 ⁶ erg / cm ³ [5、6]。一方、マグネタイト（Fe ₃ O ₄ ）は、磁気異方性定数がはるかに小さいフェライトです K 〜（10 ⁴ ÷10 ⁵ ）erg / cm ³ [8、9]。同じ結晶構造とこれらのスピネルフェライト間の格子不整合はほとんど無視できるため、コア上に均一なシェルをエピタキシャル成長させることは著しく制御可能であるはずです。とりわけ、コア/シェル構造を備えたこのような明確に定義されたバイマグネティックスピネルフェライトナノ結晶は、磁性の基本的な理解と、結晶構造、形態、および物理的特性の関係を理解するためのより良いプラットフォームを提供できます。

最近のレビューペーパー[10]のデータによると、コア/シェル構造の磁気特性は、サイズ、特定の順序（ソフト/ハードまたはハード/ソフト）、コアとシェルの幾何学的形状（球形または平面）。さらに、磁気特性は、コアとシェルの材料間の磁気パラメータの違い、およびスピン反転プロセスに影響を与える双極子および交換結合相互作用の有無に依存します[11]。コア/シェル構造の磁気特性を決定する上でそれほど重要な要素は、高温で処理されたときのサイズ分布と微細構造の変化です。コアとシェルは高温で合体し、シェルマトリックスに埋め込まれたコアナノ粒子の構造を形成する可能性があります[12]。これらの障害のために、表面および界面現象の理解、コア-シェル界面での磁気結合のメカニズムなどに関連する多くの問題がまだ調査されていません。

コア/シェル磁性ナノ粒子（MNP）に関する出版物の大部分は、水溶液からの難溶性化合物の共沈を扱っています[13、14、15]。このような反応の複雑で制御不可能なメカニズムには、結晶の核形成、成長、粗大化、または凝集のプロセスが含まれ、これらは同時に発生します。これはしばしばナノ粒子の凝集をもたらします。 [16、17]の作品では、MFe ₂ O ₄ スピネル構造のナノ粒子（M =Mn、Fe、Co、Ni、Zn）は、ジエチレングリコール（DEG）溶液中の金属塩化物から合成されました。遷移金属カチオンとDEGの複雑な反応により、結晶の核形成と成長のプロセスを時間内に分離することが可能になり、したがって、粒子のサイズと凝集を部分的に制御することができます。上記の問題のいくつかを明確にするためにこれらの利点を使用することは魅力的に見えます。

上記のコメントに照らして、本研究の目的はCoFe ₂を合成することでした。 O ₄ / Fe ₃ O ₄ およびFe ₃ O ₄ / CoFe ₂ O ₄ DEGソリューションからのコア/シェルナノ粒子は、MNPの磁化と効果的な異方性に対するコア/シェルアーキテクチャの影響を理解し、さまざまな技術的および生物医学的アプリケーション向けに調整可能な磁気パラメータを備えたMNPを製造する道を開きます。

実験的

合成の詳細

CoFe ₂の合成用 O ₄ / Fe ₃ O ₄ およびFe ₃ O ₄ / CoFe ₂ O ₄ コア/シェルMNP、塩化鉄（III）非水和物（97％FeCl ₃ ・9H ₂ O、Sigma Aldrich）、硝酸コバルト（II）六水和物（98％Co（NO ₃ ）₂ ・6H ₂ O、Sigma Aldrich）、硫酸鉄（II）七水和物（99％FeSO ₄ ・7H ₂ O、Sigma Aldrich）、水酸化ナトリウム（98％NaOH）、およびジエチレングリコール（99％DEG、Sigma Aldrich）を出発試薬として使用しました。合成のすべての段階は、参考文献[18]に記載されている方法に従って、アルゴン雰囲気中の3つ口フラスコで実施しました。合成の最初の段階では、個々のCoFe ₂ O ₄ およびFe ₃ O ₄ MNPが準備され、その後CoFe ₂のそれぞれのコアとして使用されました。 O ₄ / Fe ₃ O ₄ およびFe ₃ O ₄ / CoFe ₂ O ₄ コア/シェルMNP。

CoFeの合成₂ O ₄ MNP

Co（NO ₃ ）₂ ⋅6H₂ OおよびFeCl ₃ ⋅9H₂ モル比（1：2）のOをDEGに溶解した。同時に、DEG中のNaOHを調製した。 Co（NO ₃の混合物にアルカリ溶液を加えた。）₂ ・6H ₂ OおよびFeCl ₃ ・9H ₂ O塩、および得られた混合物を2時間撹拌した。得られた溶液を200〜220°Cで熱処理しました（60分）。次にオレイン酸をDEG溶液に加え、混合物をさらに10〜20分間撹拌した。冷却後に得られたコロイド溶液を遠心分離し、エタノールに再分散させ、空気中で乾燥させた。

Fe ₃の合成 O ₄ MNP

FeSO ₄ ・7H ₂ OおよびFeCl ₃ ・9H ₂ モル比（1：2）のOをDEGに溶解した。同時に、DEG中のNaOHを調製した。アルカリ溶液を塩FeSO ₄の混合物に加えた。・7H ₂ OおよびFeCl ₃ ・9H ₂ O、そして得られた混合物を2時間撹拌した。得られた溶液を200〜220°Cで熱処理しました（60分）。次にオレイン酸をジエチレングリコール溶液に加え、混合物をさらに10〜20分間撹拌した。冷却後に得られた沈殿物を遠心分離し、エタノールに再分散させ、空気中で乾燥させた。

CoFeの合成₂ O ₄ / Fe ₃ O ₄ MNP

CoFe ₂ O ₄ / Fe ₃ O ₄ コア/シェル構造のナノ粒子は、アルゴン雰囲気の3つ口フラスコで合成されました。 MNPのコアとして、CoFe ₂ O ₄ 上記の方法で合成されたナノ粒子を使用した。 CoFe ₂の平均サイズ O ₄ コアは〜4.1nmでした。最初の段階では、必要な量の事前合成されたCoFe ₂ O ₄ ナノ粒子は分離されました（図1a）。第2段階では、Fe ₃の合成の開始ソリューション O ₄ シェルが準備されました—FeSO ₄ ・7H ₂ OおよびFeCl ₃ ・9H ₂ Oは1：2の化学量論比で採取され、DEGと混合されました（図1b）。得られた溶液にＤＥＧ中のＮａＯＨを滴下し、１時間撹拌した。事前に合成されたコア（CoFe ₂ O ₄ ）得られた反応混合物にナノ粒子を加え、得られた生成物を超音波の作用下で1時間混合した。得られた反応混合物を２〜３℃／分の速度で２００℃まで加熱し、この温度で１．５時間維持した。沈殿物を遠心分離により分離し、空気中で乾燥させるか、ヘキサン溶液に保存しました。

コアに析出するシェル材料の量は、以下のように計算された。まず、1つのコア/シェル粒子あたりのシェル材料の体積 V _シェル、は次の式で計算されました： V _シェル =4/3 π [（ R ₂ ）³ −（ R ₁ ）³ ]、ここで R ₁ および R ₂ は、それぞれ最初の球形粒子とコーティングされた球形粒子の半径です。次に、1つの粒子あたりのシェル材料の質量 m _シェル、 m として検出されました _シェル =ρ ・ V _シェル、ここでρ はシェル密度です（5 g / sm ³ ）。したがって、1つの粒子あたりのコア材料の質量 m _コア、が計算されました。 m の知識 _シェル / m _コア比率により、選択したコア材料の質量に対するシェル材料の質量を見つけることができました。たとえば、1gのCoFe ₂をカバーするには O ₄ 平均サイズが4.1nm、シェルが約1 nmのナノ粒子には、1.2gのFe ₃が必要です。 O ₄ 。

Fe ₃の合成 O ₄ / CoFe ₂ O ₄ MNP

Fe ₃ O ₄ / CoFe ₂ O ₄ コア/シェル構造のナノ粒子は、アルゴン雰囲気の3つ口フラスコで合成されました。 MNPのコアとして、Fe ₃ O ₄ 上記の方法で合成されたナノ粒子を使用した。 Fe ₃の平均サイズ O ₄ コアは〜6.3nmでした。最初の段階では、必要な量の事前合成されたFe ₃ O ₄ ナノ粒子は区別されました。第2段階では、CoFe ₂の合成の開始ソリューション O ₄ シェルが準備されました—Co（NO ₃ ）₂ ・6H ₂ OおよびFeCl ₃ ・9H ₂ OをDEGに溶解し、溶液を10〜20分間撹拌しました。得られた溶液にＤＥＧ中のＮａＯＨを滴下して加え、１時間撹拌した。次に、事前に合成されたコア（Fe ₃ O ₄ ）得られた反応混合物にナノ粒子を加え、得られた生成物を超音波の作用下で1時間混合した。得られた反応混合物を２〜３℃／分の速度で２００℃まで加熱し、この温度で１．５時間維持した。沈殿物を遠心分離により分離し、空気中で乾燥させるか、ヘキサン溶液に保存しました。

シェルの量（CoFe ₂ O ₄ ）、コアに沈殿した（Fe ₃ O ₄ ）は、コアナノ粒子の初期平均サイズが6.3 nmであることを考慮して、上記の手法で計算されました。

上記の方法に従って、2セットのコア/シェルMNPを合成した。 1つ目は、CoFe ₂のMNPを含みます。 O ₄ コアとFe ₃ O ₄ シェルの有効厚さが0、0.05、1、および2.5nmと計算されたシェル。 2番目のセットには、Fe ₃を含むMNPが含まれます。 O ₄ コアとCoFe ₂ O ₄ シェルの有効厚さが0、0.05、および1nmと計算されたシェル。以下のテキストでは、1番目と2番目のセットはCo / Fe（ t ）として示されます。 _Fe ）およびFe / Co（ t _Co ）、それぞれ。

特性評価と測定の詳細

ナノ構造粉末は、X’Pert粉末回折計（Co-K α）のPANalyticalのX線回折（XRD）システムによって調査されました。放射線、電圧45 kV、電流35 mA、Niフィルター）。個々の化合物およびコア/シェルナノ粒子の強度再分布とX線ピークの角度の計算は、2 θの範囲の最大強度を持つ個々のピークを使用してPeakFit4.12ソフトウェアによって実行されました。 38°から46°までの角度。

粉末粒子のサイズと形態は、JEM-1230走査型電子顕微鏡によって決定されています。粒子サイズ分布を計算するために、Peddisらによって記述された手順に従ってTEM画像を分析した。 [19]。

磁気測定は、振動試料型磁力計を備えた市販の量子設計物性測定システム（PPMS）を使用して、5〜350Kの温度範囲で実行されました。磁気モーメントは、ゼロ磁場冷却（ZFC）条件と磁場冷却（FC）条件の両方で加熱時に測定されました。等温磁気ヒステリシスループは、-60〜60kOeの磁場で5および300Kで測定されました。

結果

XRDおよびTEM調査

研究中のナノ粒子のXRDパターンは、合成されたすべてのサンプルが立方晶スピネル構造を持っていることを示しています（JCPDSカード番号19-0629 [20]）。不純物相の痕跡は明らかにされていません（図2）。

コアとシェルの密度が同じであることを考慮すると、TEM画像のコントラストでは区別できません。したがって、コア/シェル構造の形成を確認するために、別々のCoFe ₂から収集されたXRDパターンの比較分析を使用しました。 O ₄ およびFe ₃ O ₄ MNP、1：1の比率で取られたこれらの化合物で構成される機械的混合物、および想定されるコア/シェル構造。参考文献[18]で詳細に説明されているように、結果は、機械的混合物ではなく、コア/シェル構造の形成を確認しています。

TEM調査の結果から推測できるように、Co / Feのサイズ（ t _Fe ）計算された t の増加に伴い、コア/シェルナノ粒子は〜4.1 nmから〜7.3nmに増加します。 _Fe 0.05〜2.5 nm（図3）。実験的に得られたシェルの厚さは、計算されたものよりも薄いことに注意する必要があります。これは、コアの表面にすべての量のシェル材料が析出したわけではないという事実によって説明できます。計算されたシェルの厚さが0.05nmの場合、シェルの厚さはFe _{3 > O ₄ 。}

Fe / Coのサイズ（ t _Co ）計算された t の増加に伴い、コア/シェルナノ粒子は〜6.3から〜7.9nmに増加します。 _Fe 0.05〜2.5 nm（図4）。 Co / Fe（ t の場合と同様 _Fe ）ナノ粒子、実験的に得られたシェルの厚さは計算されたものよりも小さい。

磁気測定

図5a–gは、Co / Fe（ t について5および300Kで測定された磁気ヒステリシスループを示しています。 _Fe ）およびFe / Co（ t _Co ）コア/シェルナノ粒子。両方のサンプルセットで、シェルの追加とそれに続く厚さの増加は、そのパラメータ、特に飽和磁化 M を変更することにより、ループ形状に強く影響することがわかります。 _s 、および保磁力、 H _c 。

5 Kで、コーティングされていないCoFe ₂の飽和磁化の値 O ₄ およびFe ₃ O ₄ MNPは、それぞれ50および77 emu / gに相当します。 M であることは注目に値します _s それぞれのバルク対応物の94および98emu / gに等しい[21]。 MNPの磁化の減少は、通常、強化された磁気障害によって特徴付けられる表面近くの層からの顕著な寄与に起因する可能性があります。同時に、表面近くの層からの磁化への寄与は、CoFe ₂の方が高いと結論付けることができます。 O ₄ Fe ₃よりもMNP O ₄

MNPの初期コーティング（ t _Fe（Co） =0.05 nm）は M の増加をもたらします _s MNPの両方のセットに対して。同時に、 M の成長 _s Co / Fe（ t _Fe ）サンプルであり、Fe / Co（ t _Co ）もの。これは、MNPのコーティングが、少なくともCoFe ₂の場合、コアの表面近くの層の特性に強く影響することを意味します。 O ₄ MNP。両方のサンプルセットで、対応するシェルの厚さが増加すると、 M がわずかに減少します。 _s 、0.05nmシェルのMNPと比較。温度が300Kに上昇すると、飽和磁化が減少します（Co / Fe（ t の場合は約25％） _Fe ）MNPおよびFe / Co（ t の場合は〜15％ _Co ）もの）ただし、 M に質的な変更は導入されていません _s vs t _Fe（Co）行動。

5Kで測定した保磁力のシェルの厚さへの依存性を図5hに示します。 Co / Fe（ t の場合 _Fe ）MNP、CoFe ₂の初期コーティング O ₄ Fe ₃のコア O ₄ シェル（ t _Fe =0.05 nm）は H のわずかな変化のみをもたらします _c —コーティングされていないMNPとコーティングされたMNPの両方で13.8kOe近くのままです。ただし、 H _c t がさらに増加すると、急激に減少します。 _Fe - t では5.27kOeに低下します _Fe =1 nm、 t で1.93kOeに達する _Fe =2.5nm。

反対の傾向は、Fe / Co（ t ）の特性です。 _Co ）MNP; Fe ₃の初期コーティング O ₄ CoFe ₂の粒子 O ₄ シェル（ t _Co =0.05 nm）は、 H の急激な増加をもたらします _c 0.38から2.65kOe（ほぼ1桁）。シェルの厚さがさらに増加すると、保磁力は増加し続け、 t で6.83kOeに達します。 _Co =1nm。この値は H よりも高くなっています _c Co / Fe（ t _Fe =1nm）。 H の合理的な説明 _c vs t _Co Fe / Co（ t の依存性 _Co ）MNPは、コアとシェルの間の界面領域のパラメータの変更と、総保磁力の向上への磁気的に硬いシェルの寄与という2つの要因の同時作用を想定して達成できます。

正規化されたゼロ磁場冷却磁化の温度依存性 M _zfc （ T ）/ M _s 、Co / Fe（ t の場合 _Fe ）およびFe / Co（ t _Co ）MNPを図6a–gに示します。円でマークされたデータは、50Oeのフィールドで実験的に取得されました。各曲線は、特定の温度で最大値を表示します T _b これはブロッキング温度と呼ばれます。この温度では、熱エネルギーはMNPの異方性エネルギーに匹敵するようになり、MNPの動作は外部の摂動や実験の条件に非常に敏感になります。 T の下 _b 、粒子の大部分の磁気モーメントは、実験によって与えられた時間スケールで凍結され、それらの好ましい配向は磁気異方性によって支配されます。 T の上 _b 、粒子の大部分の磁気モーメントは自由に変動していると見なすことができ、その結果、アンサンブルの超常磁性のような振る舞いが生じます。

コーティングされていないCoFe ₂のブロッキング温度の値 O ₄ およびFe ₃ O ₄ MNPは、それぞれ140Kと175Kに相当します。 T という事実の理由 _b CoFe ₂の場合 O ₄ MNPは、Fe ₃のMNPよりも低くなっています。 O ₄ 1つは、より小さなサイズのCoスピネルナノ粒子に由来する可能性があります。

ブロッキング温度のシェルの厚さへの依存性を図6hに示します。 MNPの両方のセットについて、初期コーティング（ t _Fe（Co） =0.05 nm）は T の急激な増加につながります _b 。さらに、シェルの厚さの増加は T に影響します _b 最初のコーティングほど強くはありません。私たちの意見では、この事実は、MNPコーティングの主な効果がコアとシェルの間の界面領域の変更にあるという考えをさらに証明しています。

T の知識 _b 保磁力の温度依存性の特徴に関する情報を抽出することができます。参考文献[22]によると、温度による保磁力の変化の概算は、次の式を使用して行うことができます。

$$ {H} _ {\ mathrm {c}}（T）={H} _ {\ mathrm {c} 0} \ left [1-{\ left（T / {T} _ {\ mathrm {b} } \ right）} ^ {0.5} \ right] $$（1）

ここで H _c0 T での保磁力です =0K。この式から、Co / Fe（ t のすべてのサンプルについて _Fe ）設定すると、 T で保磁力は無視できるようになります> 200K。一方、2番目のセットのコア/シェルMNPの場合、 H _c T で有限のまま> 300K、つまりコア/シェルアーキテクチャは、ナノ構造の磁性体の保磁力を調整するための強力なツールです。

ディスカッション

コア/シェルナノフェライトの挙動を支配するプロセスをより深く洞察するために、得られたデータのより詳細な分析が実行されました。実験的な M の適合には、相互作用しない単一ドメイン粒子の単純なモデル[1]が使用されています。 _zfc （ T ）/ M _s 図6に示す依存関係。MNPの母集団（体積分布 f によって与えられる）（ V ））特定のサイズに応じて、各温度で2つのグループに大きく分けられます。特定の臨界体積未満のMNPと、そのような限界を超えて磁気モーメントがブロックされたままのMNPに対応する理想的な超常磁性状態の割合です[23]。

$$ \ frac {M _ {\ mathrm {ZFC}}} {M _ {\ mathrm {s}}} =\ left [\ underset {0} {\ overset {V \ mathrm {c}} {\ int}} L \ left（{M} _ {\ mathrm {s}} HV / {k} _ {\ mathrm {B}} T \ right）V \ cdot f（V）dV + \ underset {V \ mathrm {c}} { \ overset {\ infty} {\ int}} \ left（{M} _ {\ mathrm {s}} H / 3 {K} _ {\ mathrm {eff}} \ right）V \ cdot f（V）dV \ right] / \ underset {0} {\ overset {\ infty} {\ int}} V \ cdot f（V）dV、$$（2）

ここで L ランゲビン関数、 k _B はボルツマン定数、 f （ V ）は体積分布関数であり、 K _eff は粒子の有効異方性です。第1項では、低エネルギー障壁近似が使用されます。ここで、エネルギー障壁（ K として定義） _eff V ）は熱エネルギー k よりはるかに小さい _B T 、などは無視できます。したがって、磁場または温度の変化に対する磁化の応答（ H または T ）はLangevin関数に従います。第2項の成分は、有効異方性 K を持つランダムに配向した単一ドメインナノ粒子の初期磁化率に起因します。 _eff 。 2つの母集団間のしきい値は、臨界体積 V によって与えられます。 _c ：

$$ {V} _ {\ mathrm {c}} =\ frac {k _ {\ mathrm {B}} T} {K _ {\ mathrm {eff}}} \ ln \ left（\ frac {\ tau _ {\ mathrm {m}}} {\ tau_0} \ right）、$$（3）

ここでτ _m は特性測定時間τです。 ₀ =10 ⁻⁹ s [24、25]。準静的測定の場合、τ _m 100秒に等しい値が選択されました。

計算結果を図6a〜gに赤い実線で示します。フィッティングの過程で、TEMデータに準拠してサイズのMNPの対数正規分布が選択されました（図3および4を参照）。モードの粒度 d _σ 確率密度関数のグローバル最大値が達成される、TEMデータから取得され、固定されたままになります。サイズ分布の幅（標準偏差）と K の値 _eff 実験データと適合データの間で最大の対応に達するように変化させました。そもそも T 付近の地域 _b ターゲットにされました（図6a–gの点線の長方形で示されています）。

実験曲線と近似曲線の間の全体的な対応の程度は、MNPサイズだけでなく他のパラメーターにも分散が存在することを考慮に入れることによって改善される可能性があります。例として、図7は、 K に正規（ガウス）分布を導入することで、ほぼ理想的な対応を実現できることを示しています。 _eff （標準偏差は K の20％近くです _eff ^max ）。ただし、さらに分析すると、 K _eff ^max このような計算の結果は、 K を無視して決定された異方性定数に等しいことがわかります。 _eff 分散。また、そのような計算の結果は、以下の議論に重要な情報を追加しません。このため、 K の分散 _eff 論文の残りの部分では説明されていません。

フィッティング手順で得られたパラメータを表1に示します。サイズ分布の幅σ _d 、フィッティングの結果、TEMデータから実験的に得られたものに近いことがわかりました（差は10％を超えません）。異方性定数 K _eff Co / Fe（ t ）で減少する傾向があります _Fe ）MNPおよびFe / Co（ t の増加） _Co ）対応するシェルの厚さが増すにつれて、それら。そのような K _eff 挙動は、異方性の高いCoフェライトと異方性の弱いFe ₃から生じるMNP異方性への寄与の再分布に関連していると考えられています。 O ₄ 。

<図>

図8は、Co / Fe（ t ）の飽和磁化と異方性定数のシェル厚依存性を示しています。 _Fe ）およびFe / Co（ t _Co ）MNP。コア/シェルアーキテクチャを使用すると、主要な磁気パラメータ M を変更できることがわかります。 _s および K _eff 、それらの値の広い範囲にわたって。図8のグラフの2つの顕著な特徴に注意する必要があります。第一に、シェルによるMNPの最初のコーティングは、MNPの磁気パラメータの急速な変化につながる可能性があります。これは特に図8a、dで表されます。これは、シェルの追加による重要な効果の1つが、コアシェルインターフェイスのパラメーターの変更であることを意味します。第二に、コア/シェルナノ粒子には、コアとシェルの両方の機能が組み合わされています（つまり、異方性の高いシェルを追加すると、総異方性が増加します）が、結果として得られる組み合わせは、対応する特性の単純な合計ではありません。

結論

2セットのコア/シェルMNP、CoFe ₂ O ₄ / Fe ₃ O ₄ およびFe ₃ O ₄ / CoFe ₂ O ₄ 、シェルの厚さを変えて、DEG溶液中の金属塩化物から合成した。すべてのサンプルの単相スピネル構造タイプは、XRD研究によって確認されました。

両方のMNPセットについて、シェルの追加がヒステリシスループの形状と磁化の温度依存性に強く影響することが示されています。共存する超常磁性およびブロックされたMNPの単純なアプローチに基づいて、有効異方性定数が計算されました。飽和磁化の制御に加えて、コア/シェルアーキテクチャの使用により、広範囲の値にわたって総実効異方性定数を制御できることが示されています。

MNPをシェルでコーティングすると、2つの同時効果が生じると結論付けられます。1つはコアとシェルのインターフェイスのパラメータを変更し、もう1つは粒子にコアとシェルの複合機能を取得させることです。最初の効果は、コアとシェルのパラメータが互いに大きく異なる場合に特に顕著になります。