Study of properties of iron-containing nanoparticles stressing their application potential

Abstract

Magnetické nanočástice nabízejí nepřeberné množství aplikačních možností v různých oblastech lidského snažení. Základní pochopení jejich fyzikálních vlastností souvisejících s použitou magnetickou fází, povrchovým zakončením či případnými obaly, metodou jejich syntézy, velikostí, tvarem, či dokonce agregací, představuje zásadní předpoklad pro jejich efektivní využití a optimalizace pro zamýšlené aplikace. Tato dizertační práce si klade za cíl uvést do kontextu původní výsledky, týkající se především struktury a magnetických vlastností, získané při základním studiu magnetických nanočástic vybraných systémů obsahujících železo a využít tyto poznatky při testování nanočástic ve zvolených aplikacích. Železo zůstává díky své nízké ceně, vysoké využitelnosti, hojnosti v zemské kůře a nízké toxicitě ideálním stavebním prvkem moderních magnetických materiálů. Vybrané systémy studované v této práci zahrnují jeho oxidy (ferity a různé polymorfní modifikace oxidu železitého včetně ε-Fe2O3 a dopovaných analogů) a sulfidy (greigit, chalkopyrit), z nichž všechny vykazují osobité vlastnosti jako magnetické nebo strukturní přechody. Mezi studovanými aplikacemi je největší pozornost věnována využití magnetických nanočástic jako kontrastních látek v zobrazování pomocí jaderné magnetické rezonance a analýze jejich...

Magnetic nanoparticles offer a plethora of application possibilities in various fields of human endeavors. The fundamental understanding of their physical properties, related to the constituent magnetic phase, surface termination, and possible coating, synthesis method, size, shape, or even clustering, is crucial for their effective use and optimization for the intended applications. This thesis aims to contextualize original results, concerning especially the structure and magnetic properties, obtained during fundamental research on nanoparticles of selected iron-containing systems and employ these findings in testing the nanoparticles in chosen applications. Iron presents an ideal constituting element due to its low cost, high abundance in the Earth's crust, exploitability, and low toxicity. The selected systems involved in this thesis comprise iron-containing oxides (ferrites, and various polymorphs of iron(III) oxide, including ε-Fe2O3 and doped counterparts), and sulfides (greigite, chalcopyrite), all of which exhibit specific properties such as magnetic or structural transitions. Among the studied applications, the largest attention is devoted to the use of magnetic nanoparticles as contrast agents in magnetic resonance imaging, and the analysis of their efficacy in contrast enhancement -...