Master Thesis

FZJ-2025-03343

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Dynamic Magnetic Structural Properties of 𝐹𝑒𝑂𝑥 Nanoparticles as Dispersion

Lin, Y.FZJ*

2025

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Please use a persistent id in citations: doi:10.34734/FZJ-2025-03343

Abstract: Magnetische Nanopartikel (MNPs) zeigen ausgeprägte größenabhängige magnetischeEigenschaften und strukturelle Anordnungen, die stark vom umgebenden Mediumbeeinflusst werden. Unter ihnen sind FeOx-Nanopartikel besonders interessant aufgrundihrer hohen chemischen Stabilität und anpassbaren magnetischen Eigenschaften,was sie zu vielversprechenden Kandidaten für Anwendungen von der magnetischenSensorik bis hin zur biomedizinischen Bildgebung und Nanorheologie macht. Indieser Arbeit werden die dynamischen magnetischen und strukturellen Eigenschaftenvon 15 nm großen FeOx-Nanopartikeldispersionen systematisch unter verschiedenenexternen Magnetfeldern und Lösungsmittelviskositäten untersucht.Die magnetischen Eigenschaften wurden mit einem SQUID-Magnetometer (SuperconductingQuantum Interference Device) und einem Physical Property MeasurementSystem (PPMS) charakterisiert. Hystereseschleifen, Zero-Field-Cooled/Field-Cooled (ZFC/FC)-Magnetisierung, AC-Suszeptibilität sowie zeitabhängige Relaxationsmessungenwurden verwendet, um die Blockierungstemperatur zu bestimmenund zwischen Néel- und Brown’scher Relaxation zu unterscheiden. Die strukturelleAnalyse erfolgte mittels Kleinwinkel-Röntgenstreuung (SAXS) und dynamischerLichtstreuung (DLS), wobei SAXS-Messungen sowohl ohne als auch mit angelegtemMagnetfeld durchgeführt wurden.Die Ergebnisse zeigen, dass die Viskosität des Lösungsmittels das Relaxationsverhaltendeutlich beeinflusst und dass die Brown’sche Relaxation bei hohen Temperaturen,insbesondere in niederviskosen Lösungsmitteln, dominiert. Unter Magnetfeldeinflusszeigen die SAXS-Daten deutliche anisotrope Streumuster, was aufeine feldinduzierte Partikelanordnung hinweist. Klassische Modelle wie das polydisperseKugelmodell und das Sticky-Hard-Sphere-Modell (SHS) wurden verwendet,um die SAXS-Daten zu analysieren, wobei Parameter wie Kernradius, Wechselwirkungsstärkeund Hinweise auf feldinduzierte Aggregation gewonnen wurden.Insgesamt bietet diese Arbeit einen detaillierten Einblick in die Kopplung der magnetischenund strukturellen Dynamiken von magnetischen Nanopartikeln durch lösungsmittelvermittelte Wechselwirkungen und externe Felder. Diese Erkenntnissetragen zum grundlegenden Verständnis magnetisch ansprechbarer Nanopartikelsystemebei und bilden eine Grundlage für die Entwicklung fortschrittlicher, MNPbasierterMaterialien für biomedizinische und weiche Materie-Anwendungen.

Note: Masterarbeit, RWTH Aachen University, 2025

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Contributing Institute(s):

1. Streumethoden (JCNS-2)
2. JARA-FIT (JARA-FIT)

Research Program(s):

1. 632 - Materials – Quantum, Complex and Functional Materials (POF4-632) (POF4-632)
2. 6G4 - Jülich Centre for Neutron Research (JCNS) (FZJ) (POF4-6G4) (POF4-6G4)

Appears in the scientific report 2025

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Database coverage:

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