Поліакриламідні ферогелі з магнетитом або гексаферритом стронцію: наступний крок у розробці м’якої біоміметичної речовини для застосування біосенсорів

Загальний вигляд в оптичному мікроскопі вільної поверхні Co68.6Fe3.9Mo3.0Si12.0B12.5 швидко гасненого чутливого до МІ елемента на основі аморфної стрічки (а); загальний макроскопічний вигляд ферогелю FG-2a на основі ксантану з магнітними частинками магнетиту в концентрації 3,19 вагових% (b).

Загальний вигляд мікрочутливого елемента на основі стрічки, встановленого в лінію “мікросмуга”; зовнішнє магнітне поле подається паралельно довгій осі стрічки: (а) полімерна капсула порожня (калібрувальне вимірювання); (b) полімерна капсула містить G-гель на основі ксантану без MP; (c) полімерна капсула містить ферогель FG-2a на основі ксантану з магнітними магнітними частинками у концентрації 3,19 вагових%.

Вибрані властивості аморфних стрічок Co68.6Fe3.9Mo3.0Si12.0B12.5: візерунки XRD (а); морфологія поверхні, SEM (b) та петля гістерезису VSM, виміряна при кімнатній температурі (c).

Скануючі електронні мікроскопічні зображення комерційних магнітних частинок “магнетит” (а) та “гексаферрит стронцію” (б). Загальний вигляд висушеного шматка ферогелю FG-2a: вторинні електрони SEM-зображення (c) EDX-аналіз (зображення Fe-Kα), що підтверджує наявність заліза та досить рівномірний розподіл у висушеному зразку ферогелю FG-2a на основі магнетиту з магнітними частинками магнетиту масою 3,19 % концентрації (d). Розмір зображення у випадках (c, d) становить 250 мкм × 200 мкм.

Рентгенівські діаграми комерційних частинок «магнетиту» (зверху) та ідентифікація різних фаз в результаті деконволюції піків за допомогою ідентифікації баз даних для всіх спостережуваних фаз (див. Також таблицю 2).

Петлі гістерезису частинок магнетиту (а) та гексаферриту стронцію (б). Вставки в правій частині основних графіків показують криві первинного намагнічування; вставка в лівій частині графіку (b) показує криві первинного намагнічування обох типів частинок у малих полях, що представляють інтерес для застосування датчиків.

Молодий модуль ферогелів з різною концентрацією акриламіду (С), взятих при синтезі гелевої матриці для різних серій FG: FG-1, заповнений магнетитом, якщо загусником була гуарова камедь, і FG-2, якщо загусником була ксантанова камедь, заповнена стронцієм гексаферрит FG-3 (загусник – гуарова камедь) та FG-4 (загусник – ксантанова камедь). Діапазони вагових часток магнітних частинок становили 2,59–5,20 мас.% Для FG-1, 0,77–3,19 мас.% Для FG-2, 1,31–3,70 мас.% Для FG-3 та 0,77–3,33 мас.% Для FG-4. Лінії призначені лише для очей. Концентрації С досягали 1,1 М, 0,85 М та 0,58 М, щоб забезпечити гелі різної еластичності.

Залежність об’ємної деформації ферогелів в однорідному магнітному полі від часу 0,420 Т. (а) серії FG-1, (b) серії FG-2, (c) серії FG-3 та (d) серії FG-4. Лінії призначені лише для очей. Серія FG-1 заповнена магнетитом, якщо загусником була гуарова камедь, і FG-2, якщо загусником була ксантанова камедь, заповнена гексаферритом стронцію FG-3 (загусник – гуарова камедь) та FG-4 (загусник – ксантанова камедь). Діапазони вагових часток магнітних частинок становили 2,59–5,20 мас.% Для FG-1, 0,77–3,19 мас.% Для FG-2, 1,31–3,70 мас.% Для FG-3 та 0,77–3,33 мас.% Для FG-4. Легенда сюжету дає концентрацію AAm у синтезі ферогелів, що визначає модуль Юнга.

Магнітні властивості гелів та ферогелів з частинками магнетиту. M (H) петлі гелів/ферогелів у діапазоні поля, в яких спостерігається тенденція насичення ферогелів (а). Для серії FG-2 загусником була ксантанова камедь. M (H) петлі гелів/ферогелів у шкалі значень малих магнітних моментів, для яких оцінюється відсутність тенденції насичення гелів (b). Криві первинного намагнічування та поведінка, близька до залишку для феррогелів: М1 (для кривої первинного намагнічування) та М2 (для наближення реманентності) значень магнітних моментів ферогелів, зелена пунктирна лінія вказує на магнітне поле, близьке до 12 Е (с). Залежність концентрації Ms та M1, M2 параметрів для ферогелів FG-2 (d).

Магнітні властивості ферогелів з частинками гексаферриту стронцію (див. Також таблицю 1). M (H) петлі ферогелів у широкому діапазоні полів, в яких спостерігається тенденція насичення феррогелів (а). Для серії FG-4 загусником була ксантанова камедь. Залежність концентрації намагніченості від насичення та параметрів M1, M2 для ферогелів FG-4: M1 (для кривої первинного намагнічування) та M2 (для наближення залишку) величин магнітних моментів ферогелів (b).

Визначення, пов'язані з магнітоімпедансом для розрахунку коефіцієнта магнітоімпедансу ∆ (Z/Z) (H) (a) та чутливості коефіцієнта MI (S (∆ (Z/Z) (H)) (b).

Частотна залежність (Δ Z/Z) максимального співвідношення для швидко вгасованої аморфної стрічки Co68.6Fe3.9Mo3.0Si12.0B12.5. Вставки показують залежність поля відношення Δ (Z/Z) для частоти 15 МГц: ліва вставка - дана для великого інтервалу поля, а права вставка - для низьких магнітних полів (а). Частотна залежність (Δ Z/Z) максимального співвідношення для аморфної стрічки без і з гелем G-a. Зелені стрілки пояснюють визначення параметра ΛΔ. Вставка показує зображення кращої роздільної здатності для максимального співвідношення (Δ Z/Z) для аморфної стрічки без і з гелями G-a, G-b та G-c (b). Вибрана область частотної залежності (Δ Z/Z) максимального співвідношення для аморфної стрічки з ферогелями FG-2, загусником була ксантанова камедь (c). Залежність концентрації різниці *Δ * = ΛΔ (гель) –ΛΔ (феррогель) для ферогелів FG-2 та FG-4 для частоти f = 60 МГц (d).

Анотація

1. Вступ

2%/Oe для матеріалів GMR [17].

2. Експериментальний

2.1. Матеріали

2.2. Синтез ферогелів

2.3. Методи

10 мм в довжину і

Для механічних випробувань використовували діаметр 10 мм. Обладнання лабораторного проектування було побудоване навколо оптичної системи на базі цифрової камери і містило: ванну для зразка гелю, напівпровідниковий перетворювач сили, електромагнітний лінійний двигун для нанесення механічних деформацій, напівпровідниковий оптичний перетворювач для зразка гелю вимірювання довжини в динаміці. Зразок гелю був затиснутий вертикально між печінками датчика сили та лінійним двигуном. Для створення циклу «стиснення-декомпресія» зразків гелю застосовували трикутні осьові деформації (ε) з постійною швидкістю 0,5 мм/с та амплітудою до 10% від початкової довжини зразків. Натяг гелю (σ) розраховували як записану силу, нормовану на площу перерізу зразка гелю. Натяг гелю (σ) розраховували як записану силу, нормовану на площу перерізу зразка гелю. В процесі деформації перетин зразків коригували, виходячи з припущення про постійний об’єм гелю при деформації (коефіцієнт Пуассона близький до 0,5) [42]. Модуль Юнга (E) визначали як нахил залежності σ (ε):