Ученые синтезировали наночастицы, перспективные для элементов памяти компьютеров и адресной доставки лекарств

Питерские ученые предложили метод синтеза наиболее перспективной по характеристикам модификации оксида железа. Использовать полученные наночастицы можно будет для средств таргетной доставки медицинских препаратов и разработке ячеек памяти компьютеров. Новый метод позволяет получить композиты, содержащие до 70 % эпсилон-модификации оксида железа (III). Как отметили исследователи, на сегодняшний день это лучшие результаты, полученные в России.

Исследованиями занимались ученые Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ», Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) совместно с иностранными коллегами.

Оксид железа (III) (Fe₂O₃) — один из широко встречающихся в природе соединений, которое легко синтезировать в искусственных условиях. Оно активно применяется в различных отраслях экономики: служит катализатором на химических производствах, используется как компонент керамики или пищевой краситель.

Fe₂O₃ имеет полиморфную природу, то есть существует пять структурных модификаций этого соединения, для обозначения которых ученые используют буквы греческого алфавита. При этом из всех полиморфов ε (эпсилон)-Fe₂O₃ характеризуется сочетанием уникальных магнитных свойств (ε-Fe₂O₃ относительно сложно размагнитить), высокой стабильностью и малым размером частиц. Но эта форма оксида железа (III) крайне редко встречается в природе, поэтому для ее активного применения требуется разработать промышленную технологию получения.

«Синтез эпсилон-модификации требует точного подбора условий, важнейшим из которых является температура, иначе в результате мы получим в основном альфа-модификацию данного оксида железа — по составу то же самое вещество, но, из-за изменения структуры, слабомагнитное. В ходе нашего исследования мы смогли скорректировать температурные параметры процесса получения материала таким образом, что полученные на выходе образцы имели высокое содержание эпсилон-модификации оксида железа», — рассказывает аспирант кафедры микро- и наноэлектроники (МНЭ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ», инженер Инжинирингового центра микротехнологии и диагностики (ИЦ ЦМИД) Дмитрий Тестов.

Образцы ε-Fe₂O₃ были синтезированы из солей, содержащих железо (нитрат железа (III) и сульфат железа (II)), с использованием двух наиболее перспективных методов (пропитки силикагеля и микроэмульсии) с последующим отжигом в печи при температуре около 800–1000 градусов Цельсия в течение 240 минут. При этом общая продолжительность технологического цикла составляет до двух суток.

Как пояснил другой участник исследования, доцент кафедры физики Земли СПбГУ Андрей Костеров, в ресурсном центре «Рентгенодифракционные методы исследования» получены картины рентгеновской дифракции композитов, позволившие определить относительное содержание различных модификаций оксида железа (III) в образце.

«Оказалось, что с помощью примененного в работе относительно простого метода синтеза возможно получить композиты, содержащие до 70 % эпсилон-модификации оксида железа. На сегодняшний день — это наилучшие результаты, полученные в России», — сказал Андрей Костеров.

Полученные образцы внешне выглядят как наночастицы размером до 100 нанометров (0,0001 мм).

«Благодаря своим магнитным характеристикам полученные соединения являются перспективными материалами для создания, например, элементов памяти компьютеров или средств таргетной доставки медицинских препаратов под действием магнитного поля. В дальнейшем наша работа будет направлена на модификацию методов синтеза оксида железа с целью увеличения содержания в нем именно эпсилон-фазы», — отметил доцент кафедры МНЭ СПбГЭТУ «ЛЭТИ», докторант Камиль Гареев.

Результаты работы опубликованы в одном из международных научных журналов. Исследования поддержаны грантом РНФ (№ 21-19-00719).