Raudan ja veden muuttaminen magneettisiksi nanopartikkeleiksi

Rauta ruostuu itsestään hitaasti kuukausien tai vuosien kuluessa. Nyt Tohokun yliopiston tutkijat ovat löytäneet keinon puristaa metallin ja veden reaktioprosessia oksidiksi, mikä vie vain tunteja ja onnistuu käyttämällä vain ultraääntä.

Spinellityyppisiä rautaoksidin nanopartikkeleita käytetään laajalti magneettisissa materiaaleissa, adsorbenteissa, katalyyteissä, magneettisessa erottelussa ja biolääketieteellisessä tutkimuksessa.

Perinteiset synteesimenetelmät alkavat tyypillisesti liukoisista rautasuoloista, jotka sitten muunnetaan hiukkasiksi kemikaaleja käyttäen. Tohokun yliopiston tiimi valitsi erilaisen lähestymistavan ja tuotti nanopartikkelit suoraan rautajauheesta ja vedestä ultraääntä käyttäen.

Tutkimuksessa 1,0 g rautajauhetta dispergoitiin veteen ja käsiteltiin ultraäänellä 23 tai 43 kHz:n taajuudella. Reaktiolämpötila ja käsittelyaika vaihtelivat kokeiden välillä ja tuloksena olevia hiukkasia analysoitiin eri menetelmin. Yhdessä olosuhdesarjassa hiukkasten keskimääräinen koko oli noin 32 nm ja magnetisaatio 85,6 emu/g suurimmalla käytetyllä kentällä.

43 kHz:n taajuudella 24 tunnin aikana raudan arvioitu konversio spinellityyppiseksi rautaoksidiksi saavutti 36 – 64 prosentin muunnoksen 30 - 60 °C:ssa. Hiukkaskoko muuttui vain vähän 40 °C:n ja 60 °C:n välillä, mikä osoittaa, että lämpötila vaikuttaa ensisijaisesti hapettumisen määrään eikä niinkään muodostuneiden hiukkasten kokoon.

”Ydinlöydös ei ole pelkkä reagenssiton synteesireitti”, sanoo tutkimusta johtanut Yamato Hayashi. ”Osoitamme suoran kiinteän olomuodon muutoksen metallista oksidiksi – ultraääni aktivoi metallisen raudan ja veden välisen rajapinnan, ja nanomittakaavan oksidihiukkaset muodostuvat suoraan tälle rajapinnalle.”

Prosessi ei vaadi liukoisia rautasuoloja, saostusaineita eikä kemikaaleja pH:n säätöön; tässä tutkimuksessa ei käytetty pesuvaihetta.

Tulevaisuudessa lähestymistapa voi tarjota reitin hienojen rautajauheiden tai rautaromun muuttamiseksi arvokkaammiksi oksidimateriaaleiksi, ja sitä voitaisiin mahdollisesti laajentaa muihin metallioksidijärjestelmiin, vaikka näitä sovelluksia on vielä osoitettava.

Aiheesta aiemmin:

Rauta täydentämään vetyä energiankantajana

Ruosteen muuttaminen polttoaineeksi

Ruoste ja topologia tehostavat magnetismia