Магнетит и маггемит

В сыпучих порошках окисление магнетита (FeO·Fe2O3 — широко распространённый минерал чёрного цвета из класса оксидов, природный оксид железа(II,III)) до маггемита (минерал, магнитная модификация окиси железа γ-Fe2O3) показано изменением цвета от черного (магнетит) до красного (маггемит), но в наночастицах этих порошков не так легко отличить эти две фазы.

Наночастицы оксида железа используются в обнаружении дозорного узла, заместительной терапии железом и других биомедицинских применениях. Новая работа позволяет понять, как эти материалы стареют, и как старение может изменить их функциональность или профили безопасности.

Впервые, объединив лабораторную мессбауэровскую спектроскопию с анализом «центра тяжести», исследователи могут количественно определить диффузионное окисление магнетита в маггемит и отслеживать этот процесс. Данное исследование помогает понять механизмы старения в наноматериалах и как эти эффекты меняют способ взаимодействия с человеческим телом.

«Это почти незапрашиваемый вопрос о том, как этот материал окисляется в течение времени», – сказал д-р Квентин Панкхерст. «Нам нужна дополнительная информация об этом. Эта техника помогает нам узнать, что происходит, когда «продукты лежат на полке».

Изменение цвета от черного (магнетит) до красного (маггемит)

Отличие двух форм наночастиц оксида железа настолько затруднено, что привело к неофициальной конвенции об именах образцов «магнетит / маггемит», когда их состав неизвестен. Мессбауэровская спектроскопия использует ядерные гамма-лучи для измерения того, какая часть образца имеет атомы железа с зарядом +2, найденным в магнетите, по сравнению с зарядом +3, который преобладает в маггемите. Эти тонкие измерения обрабатываются вычислениями центра тяжести, которые объединяют данные для создания более крупного изображения для данного образца.

Кроме того, испытание не разрушает образцы, поэтому исследователи могут отслеживать окисление наночастицы оксида железа в течение длительных периодов времени.

Затем группа стремится расширить свою технику до более широкого диапазона образцов магнетита и маггемита и помочь другим исследователям лучше понять, как возраст наноматериала коррелируется с его функциональными свойствами.

«Мы поставили вопрос о том, влияет ли окислительное старение на частицы, но мы не видели, так это или нет», – сказал он. «Теперь есть идея, что старение продолжается, и это еще один параметр, который мы не измеряли. Я был бы рад, если бы другие люди исследовали эту взаимосвязь между функцией и старением в своих собственных материалах».

Лара К. Богарт, Кристина Бланко-Андухар, Квентин А. Панкхерст.

Экологическое окислительное старение наночастиц оксида железа.

Письма по прикладной физике, 2018; 113 (13): 133701 DOI: 10,1063 / 1,5050217