Solvotermal yöntemle elde edilen demir oleat kullanarak süperparamanyetik demir oksit nanoparçacıklarının sentezi ve karakterizasyonu

Abstract

Demir oksit nanoparçacıkları, demir-oleatın termal parçalanmasıyla sentezlendi. Demir oleat, bu çalışmada geliştirilen solvotermal metodla ve klasik metodla elde edildi ve demir oksit nanoparçacıklarının sentezinde kullanıldı. Solvotermal sentezde, basınçlı kaplar kullanıldı ve kaplar 200 ºC'de tutularak farklı sentez şartlarında demir-oleatlar sentezlendi. Nanoparçacıkların bağıl doyum manyetizasyonu, Ms titreşimli numune magnetometresinden (VSM) alınan manyetizasyon eğrilerinden elde edildi. Ve Ms değeri boyut arttıkça arttı. Ortalama boyut geçirmeli elektron mikroskobuyla (TEM) elde edildi ve boyut oleik asit miktarı arttıkça azaldı. Manyetizasyon eğrilerinde koersivite, Hc görülmedi ve bu nedenle de süperparamanyetik nanoparçacıklar elde edildi. Ayrıca demir oleat yıkama işlemine tabi tutularak nanoparçacık sentezinde kullanıldı.Sentez sırasında surfaktan olarak oleik asit ilave edildi. Reaksiyon şartlarına bağlı olarak 30.9 Oe'e kadar Hc içeren geniş Ms dağılımına(4.8-33.22 emu/g) sahip, 8.2±2.2 ve 8.3±1.9 nm boyutlarında parçacıklar elde edildi. Yıkama işlemine bağlı olmaksızın bütün örneklerde küresel parçacıklar elde edildi. Klasik yöntemle elde edilen demir oleatlar kullanılarak çözücünün nanoparçacıklar üzerindeki etkileri incelendi. Demir oksit nanoparçacıkları farklı şartlarda sentezlendi. 1-hekzadeken çözücüsü kullanıldığında 9.5±1.7 ve 16.5±2.3 nm arasında daha çok küresel ve ayrıca kübik nanoparçacıklar sentezlendi.1-hekzadeken kullanıldığında 14.3-57.3 emu/g arasında değişen Ms değerleri elde edilirken, trietilen gliko monobütil eter kullanıldığında ise 31.6-68.2 emu/g arasında değişen bağıl Ms değerleri elde edildi. Hc'nin ise sırasıyla en çok 5.1 Oe ve 0.4 Oe olduğu görüldü. Parçacıklar çözücü içinde dispers edilerek ölçüm alındığında parçacıklar arası etkileşim azaldığından koersivite değerleri kayboldu. TEM'den elde edilen boyutlarla XRD'den hesaplanan boyutların uyumlu oldukları görüldü. Bağıl Ms değerleri sentez şartlarına bağlı olarak arttırılabilmiştir. Buna rağmen, parçacık yüzeylerinde diyamanyatik özellikte oleik asit bulunduğundan, bulk demir oksit parçacıklarına kıyasla daha küçük Ms değerleri elde edilmiştir. FT-IR spektrumları ve termogravimetrik analiz sonuçları oleik asit moleküllerinin, parçacık yüzeyine tek tabaka olarak kaplandığını göstermektedir.

Iron oxide nanoparticles were synthesized by thermal decomposition of iron oleat precursor. The precursors were prepared with a solvothermal method developed in this study and the standard procedure, respectively. In solvothermal reaction, a teflon-lined stainless steel autoclave was used and heated to 200 ºC at different conditions. The relative saturation magnetization, Ms of the nanoparticles obtained from the magnetisation curves measured by vibrating sample magnetometer (VSM) increased with the mean sizes obtained from the transmission electron microscopy (TEM) decreased as the OA increased, and coercivity, Hc was not seen on the curves and hence the particles are superparamagnetic. Besides, the obtained precursor was purified and OA is used as a surfactant during the synthesis process of nanoparticles. The relative Ms values have a wider range (4.8 emu/gr to 33.22 emu/g) with the coercivities up to 30.28 Oe depending on the conditions. The sizes were 8.2±2.2 nm and 8.3±1.9 nm. They all have almost spherical shapes irrespective of purification. The effect of the solvents on the nanoparticles was also studied using the IO precursor prepared with the standard procedure. The iron oxide nanaoparticles were synthesised at different conditions. X-ray diffraction (XRD) confirmed the iron oxide structure. The particles that have the dominantly spherical and cubic nanoparticles were between 9.5±1.7 and 16.5±2.3 nm when using 1-hekzadecene. Synthesized nanoparticles in 1-hexadecene have a broader variation in the relative Ms changing from 14.3 emu/g to 57.3 emu/g whereas large relative Ms (31.6 emu/g-68.2 emu/g) is obtained when synthesised in the triethylene glycol monobutyl ether. In the same sequence, coercivities are up to 5.1 Oe and zero, respectively indicated that they have superparamagnetic nature. After dispersing particles in a solvent, it is seen that the coercivity decreased as the isolation of the particles have been increased and hence reduced the interactions between the particles in the solution. The mean particle sizes by TEM are in consistent with the ones calculated from the XRD patterns. It may be concluded that a rise in the relative Ms values were achieved depending on the synthesis conditions. However, they are smaller than the absolute Ms of the bulk iron oxide particles due to the existence of the OA as a diamagnetic surface layer. This migth be because FT-IR and TGA revealed that OA molecule on all samples was adsorbed as a single layer.