licenta nou.doc

  • View
    229

  • Download
    3

Embed Size (px)

Text of licenta nou.doc

Universitatea Alexandru Ioan Cuza

Facultatea de Fizic

Lucrare de licen Metode de caracterizare i obinere a pulberilor nanometrice cu aplicaii in medicinCoordonator tiinific:

Prof. Dr. Ovidiu Florin ClunAbsolvent:

Gvozdovschi Serghei

Iai, 2015

CUPRINSIntroducere

1. Noiuni introductive

1.1 Proprietile magnetice ale structurilor nanometrice de ferit1.2 Tipuri de ferite utilizate n aplicaii medicale1.3 Condiii de funcionalizare i biocompatibilitate2. Metode de obinere i de caracaterizare a proprietilor

2.1.1 Metoda sol-gel sau autocombustiei

2.1.2 Difractometria de radiaii X

2.1.3 Spectrometria FTIR

2.1.4 Microscopia electronic de transmisie

2.1.5 Metode de msurare a Zeta potenialuluia

2.1.6 Metoda magnetometrului de vibraie3.Metode de funcionalizare i biocompatibilizare3.1 Metoda layer by layer4.Rezultate experimentale

2.2 Partea experimental

2.3 Materiale utilizate

2.4 Utilizarea PAA i PAH pentru funcionalizare Concluzii generale

Referine bibliografice1.Noiuni introductive

Feritele sunt materiale ferimagnetice, care se clasific n dou grupe: ferite moi i ferite dure. Feritele moi prezint permeabilitate magnetic mare, coercitiviti reduse i rezistiviti electrice ridicate, proprieti care le fac utilizabile n aplicaiile la frecvene nalte dei magnetizaia lor de saturaie este destul de redus (0,30-0,50 MA/m). Feritele moi au n general structuri cubice de tip spinel sau garnet. Feritele dure (BaO6Fe2O3 sau SrO6Fe2O3) sunt materiale puternic anizotrope cu structuri hexagonale.

Feritele spinelice au n general formula chimic MOFe2O3, unde M poate fi Ni, Fe, Co, Ti, Cr, Mn, Cu sau Zn. Celula unitate a unei ferite de tip MOFe2O3 conine 56 de atomi din care 32 de atomi de oxigen, 8 atomi bivaleni de tip M2+ i 13 atomi trivaleni de Fe3+. Atomii de oxigen formeaz o structur compact de tip cub cu fete centrate (cfc) n care ionii metalici pot ocupa 2 tipuri de poziii interstiiale: poziii tetraedrale (de tip A) i poziii octaedrale (de tip B). Ionii care ocupa poziiile tetraedrale au ca vecini 4 atomi de oxigen situai n vrfurile unui tetraedru, iar cei care ocupa poziiile octaedrale au ca vecini 6 atomi de oxigen aezati n vrfurile unui octaedru.[1,2]1.1 Proprietile magnetice ale structurilor nanometrice de feritSpineli

Ferite spinel posed structura cristalin a MgAl2O4 spinel naturale, n primul rnd determinat de Bragg [2]. Aceast structur este deosebit de stabil, deoarece exist o foarte mare varietate de oxizi pe care le adopt, care ndeplinesc condiiile de raport global cation-a-anion de 3/4, o valen total de cationi de 8, i relativ mici raze de cation. Structura spinel este prezentat n figura 1. cationi combinaii de valen cunoscute sunt 2, 3 (la fel ca n Ni2 + Fe3 + 2O4); 2, 4 (ca n Co2GeO4); 1, 3, 4 (ca n LiFeTiO4); 1, 3 (la fel ca n Li0.5Fe2.5O4); 1, 2, 5 (ca n LiNiVO4); 1, 6 (la fel ca n Na2WO4). n ferite cu aplicaii ca materiale magnetice, Al3 + a fost, de obicei, nlocuit de Fe3 +. Un ferita important este magnetit, Fe2 + Fe3 + 2O4 (de obicei, denumit ca Fe3O4), probabil cea mai veche solid magnetic cu aplicaii practice i n prezent un domeniu de cercetare foarte activ, datorit proprietilor fascinante legate de coexistena cationi feroase i feric. Un alt material important prin structura sa, ct i prin aplicaiile sale n mass-media de nregistrare audio, este maghemite sau -Fe2O3.

Fig .1. Celula unitate a structurii spinel .Atomi de oxigen sunt marile sfere albe [4].1.1.2 Granat

Granate sunt de obicei cunoscute ca minerale.In contextul materialelor magnetice, granate sunt reprezentate de o formul general Y3Fe5O12, care conine dou ioni magnetici, unu tipic fiind de fier i un alt pmnturi rare fiind.Aici R, n plus fa de ytriu poate fi unu dintre atomi lantanide precum lantan, ceriu, samariu etc.Celula unitateY3Fe5O12este cubic si contine 8 uniti formula adic 160 de atomi, destul de complexe!n ferite granat, contribuia magnetic orbital de atomi de fier este stins din cauza protectiei din domeniu cristal n timp ce ionii lantanide contribui la att orbitale contribuind astfel mai mult la momentul magnetic total.n aceast structur, atomii R sunt cubic coordonate adic de 12 ori coordonat, 2 atomi de Fe sunt octaedric coordonate i cei trei atomi de Fe rmase sunt tetraedic coordonate cu configuraie de spin antiparalel de spini pe prile tetraedrice i octaedrice n timp ce orientarea de spini pe R-site este paralel cu cele de pe prile octaedrice.tim c fiecare Fe3+ion contribuie 5Bcare cu fiecare atom a lantanidelor, R, contribuie un moment de magnitudine RB,unde Reste puterea de momentul de R ion.Prin urmare, imaginea de ansamblu arata ca urmtoarele: Fig 2. Orientarea in granat Valoarea Reste 7 pentru Gd timp ce zero pentru Y. Dup cum se observ din figura schematic de mai sus, momentul magnetic net ar fi dominat de ioni de pamanturi ratei cnd Reste mai mare de 5/3.Aceasta depinde de temperatura care reglementeaz cuplarea dintre pmnturi rare i ioni Fe.De obicei momentul magnetic net scade odata cu cresterea temperaturii, n special pentru ionii puternic magnetice, cum ar fi Gd, Tb i Dy.Granat Gd-dopat a compoziiei Y1.2D-zeu1,8Fe5O12are o magnetizare de saturaie destul de stabil pentru o gam larg de temperaturi concentreaz n jurul ~ 50 C.Granat pot fi materiale destul de utile n aplicaii cu microunde din cauza rezistivitate lor electrice de mare i, prin urmare, mai mici Pierderile n jurul valorii de frecvene de microunde.Materialul este, de asemenea, uor de a sintetiza n oricare din ceramic policristalin n vrac, singur cristal sau forme de film subire.Parametrii structurali precum proprietile magnetice pot fi reglate prin adaptarea compoziia materialului.Fig. 2. Ferit-granat, hexagonal i spinel cubic [3]

1.1.3 Ferite hexagonale

Ferite hexagonale sunt bazate pe magnetoplubite hexagonale si sunt adesea numite ferite de tip M.Modelul Compusul a acestei familii este ferita de bariu cu formula BaFe12O19. Mare unitate celula hexagonal conine 64 de atomi, adic dou uniti pe formula.Structura este de fapt un amestec de cub nchis ambalat i hexagonal nchis straturi pline formate de ionii de bariu i oxigen.Substituie chimic prilor de Ba se face de obicei cu atomi Sr timp ce atomii de Fe sunt substituii cu atomi de Al, n funcie de dimensiunea i valena, rezultnd ntr-o schimbare n comportamentul magnetic.Din 12 atomi de fier de o unitate, 9 ocup pri octaedrice, dou pri ocupa tetraedrice i cel rmas este de 5 ori coordonat.Dintre acestea, 7 atomi de pe prile octaedrice i 1, cu o coordonare de 5 ori au spini lor ntr-o direcie n timp ce rotiri ale restul atomilor sunt orientate opusi anumespune 8 atomi cu spini pn i 4 atomi cu rotire n jos.Aa cum am vzut mai devreme, fiecare Fe3+ion are moment magnetic de spin al 5Bmatematic simplu d un moment magnetic net de 20Bpe unitate formula conducnd la un moment magnetic de 40Bpe unitatea celular.Acest material are un grad ridicat de magnetic anizotropie i se magnetizeaz relativ uor. Materialul este de obicei clasificat ca o ferita grea cu coercivitate ntre 50-100 kA.m1n funcie de microstructura i compoziia.Fig.3 Triunghi superioar a diagramei de faz Fe2O3-BaO-MeO arat cteva compoziiile hexaferite [5].

1.1.4 Proprietile feritelorDup cum sa discutat mai sus, ferite poate avea un spectru larg de proprieti n funcie de tipul de ferit i compoziii.Tabelul de mai jos prezint unele proprieti ale ceramic magnetice comune.Aceste valori sunt destul de dependente microstructurii i prelucrarea istoria materialului.[6]Tab 1. Proprietile feritelor

MaterialPermeabilitate magnetic,Cmpului magnetic coercitiv(Hc, Am-)Remanen(Bs, T)Temperatura Curie (Tc, C)Rezistivitate

Materiale moi

Fe150802.1677010 10-8

Fe-4% Si2000301,9369060 10-8

Ferite Mn-Zn500-100005-1000.35-0.5090-2800,01-1

Ferite Ni-Zn1-2015-16000.10-0.409-50103-107

Materiale dure

Oel carbon Mediu4.40,9770

Izotrop bariu hexaferit2000,3450

Orientate bariu hexaferit3200,4450

1.1.5Ferite moi

Ferite moi, cum am explicat mai devreme, sunt materiale care sunt uor de magnetiza sau demagnetiza materiale adic cu intensitatea cmpului coercitiv mici i, prin urmare, astfel nct acestea s poat schimba direcia n domenii alternativ fr disipare mult energie de la zona de BH (sau MH) bucl este mic.ferite moi tipice utilizate n transformator sau miezuri electromagnetice conine nichel, zinc, i / sau ferite mangan pe baz.Aceste materiale au de asemenea o rezistivitate mai mari dect metalele tipice feromagnetice, de ordinul a 10-1106.m, ceea ce duce la cureni turbionari reduse n miez, o alt surs de pierdere de energie.Din cauza pierderilor lor sensibil mai mici la frecvene nalte , ele sunt, de asemenea, utilizate pe scar larg n miezurile de transformatoare i inductoare RF n aplicaii cum ar fi surse de alimentare n comutaie (SMPS).Cele mai frecvente ferite moi sunt MnxZn(1-x)Fe2O4, NixZn( 1-x)Fe2O4.Ferite de Ni-Zn arat rezistivitate mai mare dect cei care conin Mn-Zn, i sunt, prin urmare, mai potrivite pentru frecvene mai mari de 1 MHz.Ferite Mn-Zn, n comparaie, au permeabilitate mai mare i inducie de saturaie.Proprietile ferite moi pot fi adaptate prin modificri compoziionale.De exemplu, n Mn1-xZnxFe2O4i Ni1-xZnxFe2O4, creterea coninutului de Zn duce la o cretere n permeabilitatea magnetic chiar nainte de tranziie magnetic, dar la fel de tranziie magnetic Temperatura de asemenea scade.Creterea permeabilitii magnetice n apropierea tranziie magnetic a fost atribuit anizotropia magnetic redus.Creterea permeabilitii relative este de aproximativ un ordin de mrime n Mn1-xZnxFe2O4pentru nivelurile de dopaj pn la 50% at. i aproximativ 2-3 ordine de mrime n Ni1-xZnxFe2O4pentru dopaj niveluri de pn la 70% at..Modificarea granulaie are, de asemenea, un efect profund asupra