xxiii πανελληνιο ÏƒÏ Î½ÎµÎ´ÏÎ¹Î¿ Ï†Ï ÏƒÎ¹ÎºÎ·Ï‚ στερεας καταστασης & επιστημης ...

Eπίδραση των Παραμέτρων Σύνθεσης σε Δομικές Ιδιότητες Νανοσωματιδίων Μn-Pt
Σ. Μoυρδικούδης 1,2* , A. Shavel 1 , K. Simeonidis 2 , M. Angelakeris 2 , O. Kalogirou 2 και L. Liz-Marzan 1
1 Departamento de Quimica Fisica, Universidade de Vigo, 36310, Spain
2 Τμήμα Φυσικής, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, 54124, Eλλάς
*smourd@physics.auth.gr
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης διαφόρων παραμέτρων της σύνθεσης νανοσωματιδίων Mn-Pt
σε παράγοντες όπως το σχήμα, το μέγεθος και η σύστασή τους. Έγινε χρήση της μεθόδου ‘υγρής χημείας’, όπου κατάλληλες
πρόδρομες μεταλλικές ενώσεις του μαγγανίου και του λευκοχρύσου αποικοδομούνται θερμικά με αποτέλεσμα το
σχηματισμό νανοσωματίδιων. Το είδος και η αναλογία των πρόδρομων και των επιφανειοδραστικών ενώσεων που
χρησιμοποιήθηκαν καθώς και η χημική συμπεριφορά των διαλυτών ήταν οι κύριες παράμετροι που μελετήθηκαν. Το
μέγεθος των λαμβανόμενων νανοσωματιδίων ρυθμίστηκε σε τιμές από 2-9 nm, ενώ το σχήμα τους μπορεί να είναι είτε
σφαιρικό είτε πολυγωνικό (κυβικό, τριγωνικό), σε κάθε περίπτωση ανάλογα με τις αρχικές συνθήκες κατά τη σύνθεση.
Επιπλέον, διαπιστώθηκε ότι παρά τη χρήση αδρανών συνθηκών καθόλη τη διάρκεια της αντίδρασης, το τελικό προϊόν
παρουσιάζει οξείδωση, που εξαρτάται κυρίως από τη μοριακή αναλογία του Mn, το οποίο είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο στον
ατμοσφαιρικό αέρα, όπου και διατηρούνται οι κολλοειδείς διασπορές των παραγόμενων νανοσωματιδίων.
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Κατά την τελευταία δεκαετία διμεταλλικά κράματα νανοσωματιδίων του τύπου Μ-Pt (όπου Μ = μεταβατικό μέταλλο,
όπως Fe ή Co) παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον, καθώς η υψηλή μαγνητοκρυσταλλική ανισοτροπία που παρουσιάζουν τα
υλικά αυτά μετά από ανόπτηση είναι απαραίτητη για εφαρμογές ως μέσα μαγνητικής εγγραφής [1].
Στην εργασία μας παρουσιάζουμε την κολλοειδή σύνθεση νανοσωματιδίων Μn-Pt. To κράμα αυτό εμφανίζει ιδιαίτερο
ενδιαφέρον καθώς οι μαγνητικές του ιδιότητες εξαρτώνται από τη στοιχειομετρία του. Πιο συγκεκριμένα, το ισατομικό
κράμα παρουσιάζει αντισιδηρομαγνητική συμπεριφορά αντίθετα από το κράμα MnPt 3 που εμφανίζει σιδηρομαγνητική. Το
τελευταίο παρουσιάζει ισχυρή μαγνητοοπτική απόκριση και θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως μαγνητοοπτικό μέσο
αποθήκευσης πληροφοριών. Oι μαγνητικές ιδιότητες αποδίδονται στην αλληλεπίδραση ανταλλαγής ανάμεσα στα Μn-Mn
σπιν και εξαρτώνται από τις αποστάσεις μεταξύ των ατόμων του μαγγανίου και την κρυσταλλική συμμετρία του μορίου.
Οι νανοκρύσταλλοι που λαμβάνουμε από τις διάφορες συνθετικές διαδικασίες έχουν ‘άτακτη’ εδροκεντρωμένη δομή
(fcc), όπου τα μόρια του μαγγανίου και του λευκόχρυσου κατέχουν τυχαίες θέσεις στο πλέγμα, και οι μαγνητικές ιδιότητες
σε αυτή την περίπτωση είναι πρακτικά αμελητέες. Ωστόσο, το κράμα MnPt 3 μπορεί να μετατραπεί μετά από ανόπτηση σε
σιδηρομαγνητικό υλικό, που για το αντίστοιχο ‘bulk’ κράμα η θερμοκρασία Curie ανέρχεται στους 380 K. Σε αρκετές
περιπτώσεις διαπιστώνεται η μερική οξείδωση του αρχικού Mn, ακόμη και λίγες ημέρες μετά τη σύνθεση, ενώ η ανόπτηση
συχνά οδηγεί σε σχηματισμό συσσωματωμάτων, με συνέπεια την αδυναμία επανασχηματισμού κολλοειδούς διασποράς του
προϊόντος.
ΣΥΝΘΕΣΗ
Η σύνθεση των νανοσωματιδίων Mn-Pt έγινε με μεθόδους ‘υγρής’ χημείας, όπου με θερμική αποικοδόμηση ή αναγωγή
πρόδρομων ενώσεων του Mn και του Pt λαμβάνονται τα προς μελέτη δείγματα νανοσωματιδίων σε κολλοειδή διαλύματα.
(α) Νανοσωματίδια Mn-Pt μεγέθους 2 nm: Σε τρίλαιμη σφαιρική φιάλη που περιέχει 9 ml οκτυλαιθέρα, 126 mg Mn(acac) 2,
197 mg Pt(acac) 2 και 160 mg 1,2-δεκαεξανοδιόλης εφαρμόζεται απαέρωση με χρήση αντλίας κενού και έπειτα ροή Ar.
Στους 100 ο C προστίθενται 158 μL ελαϊκού οξέος και 164 μL ελαϊκής αμίνης με σύριγγα, διαλυμένα σε 1 ml οκτυλαιθέρα.
Το μίγμα θερμαίνεται με ρυθμό 5 C.min -1 στο σημείο αναροής (273 o C) και παραμένει στη θερμοκρασία αυτή για 30 min,
πριν ψυχθεί. To ίζημα κατακρημνίζεται με φυγοκέντρηση με αιθανόλη κι έπειτα γίνονται ακόμη δυο πλύσεις με μίγμα
εξανίου και αιθανόλης. Το προκύπτον στερεό διατηρείται σε εξάνιο, ή σε απιονισμένο νερό με τη βοήθεια υδροξειδίου
τριμεθυλαμίνης [2].
Σχήμα 1: Eικόνες ΤΕΜ για νανοσωματίδια Μn-Pt παρασκευασμένα με τις τρεις διαφορετικές διαδικασίες
σύνθεσης (εικόνες α, β, γ αντίστοιχα)
(β) Νανοσωματίδια Mn-Pt μεγέθους 3.5 nm: Κατάλληλες ποσότητες των αλάτων του Mn και του Pt αναμιγνύονται με 15 ml
τριοκτυλαμίνης. Χωρίς προσθήκη άλλων ενώσεων το μίγμα απαερώνεται και θερμαίνεται υπό Αr αρχικά στους 200 ο C με
101