基于原子力显微镜的Fe/Fe3O4纳米颗粒自组装膜的力学和磁学性能测量研究

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磁性纳米颗粒由于具有小尺寸效应、良好的生物相容性以及卓越的电学性质和磁学性质,在生物医学应用领域发挥着越来越重要的作用。此外,磁性纳米颗粒组装的薄膜也被认为有广阔的应用前景,例如可以增强生物相容性支架的性能、细胞黏附和骨骼疾病的生长以及组织工程的可植入设备。然而,精确测量组装磁性纳米颗粒的机械性质和磁学性质仍然是一个挑战。由于纳米粒子的尺寸较小,因而应该在纳米尺度对其性质进行测量。AFM由于具有纳米级的分辨率,可以依靠扫描探针来测量其表面性质,因而可以对组装构成的纳米颗粒的力学性能和磁学性能进行测量。因此,我们主要通过AFM、MFM对磁性纳米颗粒组装构成的薄膜的机械性质和电磁学性质进行了一些探索:首先,我们通过高温热解法合成了油胺包裹的Fe@Fe3O4纳米颗粒,其呈现出明显的核壳结构且具有很好的分散性,其粒径为13纳米左右。然后,在(i)200mT外加磁场,(ii)无外加磁场两种特定条件下,利用溶剂蒸发法将Fe@Fe3O4纳米粒子自组装成云母膜。采用透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)对Fe@Fe3O4的多晶结构进行了表征。自组装膜的力学性能和磁学性质是由带有压电传感器的安捷5500“闭环”AFM系统测量,我们使用AAC模式测量机械特性,具体参数条件为:空气中,室温下,非接触模式,悬臂NSC18/铝青铜的名义齿顶圆角半径小于10纳米的曲率半径和2025μm高度。磁头的谐振频率约为220kHz,磁测量采用磁涂覆悬臂梁进行,曲率半径为8nm,弹簧常数为0.1N/m。用赫兹模型计算了组装膜的杨氏模量。本文主要研究了在不同条件下(外加磁场和不外加磁场)制备Fe@Fe3O4纳米颗粒的组装膜,并分析了这些组装膜的力学性能和磁学性能。在测量了两种薄膜的磁学性能后,我们从实验结果中得出:在200mT外磁场下制备的磁性薄膜比在没有外加磁场的情况下制备的磁性薄膜具有更强的磁性。
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