К теории динамической восприимчивости мягких магнитных коллоидов

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

Теоретически рассмотрена кинетика перемагничивания наноразмерной ферромагнитной частицы в мягкой упруго-вязкой среде. В отличие от известных работ, мы рассматриваем одновременное действие неелевского механизма перемагничивания частицы (преодоления ее магнитным моментом потенциального барьера магнитной анизотропии) и вращения (поворота) тела частицы при изменении внешнего магнитного поля. Рассмотрен случай большой магнитной анизотропии частицы, т. е. предполагается, что ее энергия существенно превышает тепловую энергию системы и энергию взаимодействия частицы с магнитным полем. Других ограничений на напряженность поля не предполагается. Более подробно рассмотрен случай малых полей в линейном приближении зависимости намагниченности от поля. В рамках этого приближения рассчитаны компоненты комплексной восприимчивости композита. Показано, что реальная часть восприимчивости монотонно убывает с частотой поля. Если жесткость композита велика или мала, мнимая часть имеет один максимум, соответствующий неелевскому механизму перемагничивания или повороту частицы в упруго-вязкой среде соответственно. При промежуточных значениях жесткости композита частотная зависимость мнимой восприимчивости имеет два максимума.

全文:

受限制的访问

作者简介

А. Зубарев

Уральский федеральный университет им. Б. Н. Ельцина

Email: Antoniusmagna@yandex.ru
俄罗斯联邦, 620002, Екатеринбург, просп. Ленина, 51

Л. Искакова

Уральский федеральный университет им. Б. Н. Ельцина

Email: Antoniusmagna@yandex.ru
俄罗斯联邦, 620002, Екатеринбург, просп. Ленина, 51

А. Мусихин

Уральский федеральный университет им. Б. Н. Ельцина

编辑信件的主要联系方式.
Email: Antoniusmagna@yandex.ru
俄罗斯联邦, 620002, Екатеринбург, просп. Ленина, 51

参考

  1. Boczkowska A., Awietjan S.F. Tuning active magnetorheological elastomers for damping applications // Materials Science Forum. 2010. V. 636–637. P. 766–771. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.636-637.766
  2. Lopez-Lopez M.T., Scionti G., Oliveira A.C., Duran J.D., Campos A., Alaminos M., Rodriges I.A. Generation and characterization of novel magnetic field-responsive biomaterials // PLoS One. 2015. V. 10. № 7. P. e0133878. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0133878
  3. Bira N., Dhagat P., Davidson J.R. A review of magnetic elastomers and their role in soft robotics // Front. Robot. AI. 2020. V. 7. P. 588391. https://doi.org/10.3389/frobt.2020.588391
  4. Kurlyandskaya G.V., Blyakhman F.A., Makarova E.B., et al. Functional magnetic ferrogels: From biosensors to regenerative medicine // AIP Advances. 2020. V. 10. № 12. P. 125128. https://doi.org/10.1063/9.0000021
  5. Rajan A., Sahu N.K. Review on magnetic nanoparticle-mediated hyperthermia for cancer therapy // J. Nanopart Res. 2020. V. 22. P. 319. https://doi.org/10.1007/s11051-020-05045-9
  6. Vilas-Boas V. Magnetic hyperthermia for cancer treatment: Main parameters affecting the outcome of in vitro and in vivo studies // Molecules. 2020. V. 25. № 12. P. 2874. https://doi.org/10.3390/molecules25122874
  7. Lingbing L. Multifunctional Hybrid Nanogels for Medicine / in Handbook of Materials for Nanomedicine. eBook ISBN9781003045113. 2020. https://doi.org/10.1201/9781003045113.
  8. Chung H-J., Parsons A., Zheng L. Magnetically controlled soft robotics utilizing elastomers and gels in actuation: A Review // Adv. Intell. Syst. 2021. V. 3. № 3. P. 2000186. https://doi.org/10.1002/aisy.202000186
  9. Kaewruethai T., Laomeephol C., Pan Y. Luckanagul J. Multifunctional polymeric nanogels for biomedical applications // Gels. 2021. V. 7. № 21. P. 228. https://doi.org/10.3390/gels7040228
  10. Sung B., Kim M-H., Abelmann L. Magnetic microgels and nanogels: Physical mechanisms and biomedical applications // Bioeng. Transl. Med. 2021. V. 6. № 1. P. e10190. https://doi.org/10.1002/btm2.10190
  11. Imran M., Affandi A.M., Alam M.M., et. al. Advanced biomedical applications of iron oxide nanostructures based ferrofluids // Nanotechnology. 2021. V. 32. № 42. P. 422001. https://doi.org/10.1088/1361-6528/ac137a
  12. Naghdi M., Ghovvati M., Rabiee N., et al. Magnetic nanocomposites for biomedical applications // Advances in Colloid and Interface Science. 2022. V. 308. P. 102771. https://doi.org/10.1016/j.cis.2022.102771
  13. Socoliuc V., Avdeev M.V., Kuncser V., Turcu R., Tombácz E., Vékás L. Ferrofluids and bio-ferrofluids: Looking back and stepping forward // Nanoscale. 2022. V. 14. № 13. P. 4786–4886. https://doi.org/10.1039/D1NR05841J
  14. Montiel Schneider M.G., Martín M.J., Otarola J., et al. Biomedical applications of iron oxide nanoparticles: Current insights progress and perspectives // Pharmaceutics. 2022. V. 14. № 1. P. 204. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics14010204
  15. Brown Jr W.F. Thermal fluctuations of a single-domain particle // J. Phys. Rev. 1963. V. 130. № 5. P. 1677. https://doi.org/10.1103/PhysRev.130.1677
  16. Марценюк М.А., Райхер Ю.Л., Шлиомис М.И. К кинетике намагничивания суспензий ферромагнитных частиц // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1973. V. 65. № 2. P. 834–841.
  17. Kalmykov Yu. The relaxation time of the magnetization of uniaxial single-domain ferromagnetic particles in the presence of a uniform magnetic field // J. Appl. Phys. 2004. V. 96. № 2. P. 1138. https://doi.org/10.1063/1.1760839
  18. Poperechny I.S., Raikher Yu.L., Stepanov V.I. Dynamic magnetic hysteresis in single-domain particles with uniaxial anisotropy // Phys. Rev. B. 2010. V. 82. № 17. P. 174423. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.174423
  19. Zubarev A. Yu. Magnetic hyperthermia in a system of immobilized magnetically interacting particles // Phys. Rev. E. 2019. V. 99. № 6. P. 062609. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.99.062609
  20. Ambarov A.V., Zverev V.S., Elfimova E.A. Numerical modeling of the magnetic response of interacting superparamagnetic particles to an ac field with arbitrary amplitude // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. 2020. V. 28. № 8. P. 085009. https://doi.org/10.1088/1361-651X/abbfbb
  21. Kreiser P., Holm C., Weeber R. Interplay between steric and hydrodynamic interactions for ellipsoidal magnetic nanoparticles in a polymer suspension // Soft Matter. 2023. V. 19. № 6. P. 1186–1193. https://doi.org/10.1039/D2SM01428A
  22. Odenbach S. Magnetoviscous Effect in Ferrofluids / Springer-Verlag, BerlinHeidelberg. 2002.
  23. Guibert C., Fresnais J., Peyre V., Dupuis V. Magnetic fluid hyperthermia probed by both calorimetric and dynamic hysteresis measurements // J. Magn. Magn. Mat. 2017. V. 421. P. 384–392. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.08.015
  24. Rodrigues H.F., Capistrano G., Bakuzis A.F. In vivo magnetic nanoparticle hyperthermia: A review on preclinical studies, low-field nano-heaters, noninvasive thermometry and computer simulations for treatment planning // Int. J. Hyperthermia. 2020. V. 37. № 3. P. 76–99. https://doi.org/10.1080/02656736.2020.1800831
  25. Lartigue L., Innocenti C., Kalaivani T., et al. Water-dispersible sugar-coated iron oxide nanoparticles. An evaluation of their relaxometric and magnetic hyperthermia properties // J. Am. Chem. Soc. 2011. V. 133. № 27. P. 10459–10472. https://doi.org/10.1021/ja111448t
  26. Tong S., Quinto C.A., Zhang L., Mohindra P., Bao G. Size-dependent heating of magnetic iron oxide nanoparticles // ACS Nano. 2017. V. 11. № 7. P. 6808–6816. https://doi.org/10.1021/acsnano.7b01762
  27. Rosensweig R.E. Heating magnetic fluid with alternating magnetic field // J. Magn. Magn. Materials. 2002. V. 252. P. 370–374. https://doi.org/10.1016/S0304-8853(02)00706-0
  28. Blums E., Cebers A., Majorov M. Magnetic Fluids // Walter de Gruyter, Berlin, New York. 1997.
  29. Berkov D.V., Iskakova L. Yu., Zubarev A. Yu. Theoretical study of the magnetization dynamics of nondilute ferrofluids // Physcial Review E. 2009. V. 79. № 2. P. 021407. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.79.021407
  30. Ilg P., Odenbach S. Ferrofluid, Structure and Rheology in Colloidal Magnetic Fluids / Basics, Development and Application of Ferrofluids. Springer, Berlin Heidelberg. 2009. 249 p.
  31. Sharma A., Jangam A.A., Yung Shen J.L., et. al. Design of a temperature-feedback controlled automated magnetic hyperthermia therapy device // Front. Therm. Eng. 2023. V. 3. P. 1131262. https://doi.org/10.3389/fther.2023.1131262
  32. Włodarczyk A., Gorgon S., Radon A., Bajdak-Rusinek K. Magnetite nanoparticles in magnetic hyperthermia and cancer therapies: Challenges and perspectives // Nanomaterials. 2022. V. 12. № 11. P. 1807. https://doi.org/10.3390/nano12111807
  33. Peiravi M., Eslami H., Ansari M., Zare-Zardini H. Magnetic hyperthermia: Potentials and limitations // Journal of the Indian Chemical Society. 2022. V. 99. № 1. P. 100269. https://doi.org/10.1016/j.jics.2021.100269
  34. Pan J., Xu Y., Wu Q., Hu P., Shi J. Mild magnetic hyperthermia-activated innate immunity for liver cancer therapy // J. Am. Chem. Soc. 2021. V. 143. № 21. P. 8116–8128. https://doi.org/10.1021/jacs.1c02537
  35. Liu X. Comprehensive understanding of magnetic hyperthermia for improving antitumor therapeutic efficacy // Theranostics. 2020. V. 10. № 8. P. 3793–3815. https://doi.org/10.7150/thno.40805
  36. Chang D., Lim M., Goos J., Qiao R., Ng Y.Y., Mansfeld F., Jackson M., Davis T., Kavallaris M. Biologically targeted magnetic hyperthermia: Potential and limitations // Front. Pharmacol. 2018. V. 9. P. 386237. https://doi.org/10.3389/fphar.2018.00831

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Illustration of a ferroparticle and the coordinate system used.

下载 (95KB)
索引源数据
3. Fig. 2. A coordinate system with the polar axis directed along the particle's easy magnetization axis vector ν. The azimuthal angle is not shown for simplicity. Signs 1 and 2 denote the hemispherical potential regions discussed in the text.

下载 (103KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Dependence of the factor A in (48.50) on the angle b, shown in Fig. 1 for three dimensionless elastic moduli of the supporting medium. Curves 1, 2, 3: g = 0, 0.5 and 1.5, respectively.

下载 (60KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Real and imaginary parts of the complex susceptibility at tN = 10 τh (a) and (b): the angle β is equal to 0 and π/2, respectively; (c) are the components averaged over β, defined in (60). Curves 1, 2, 3 are the dimensionless elasticity coefficient g = 0.1, 0.5, 1.5, respectively.

下载 (422KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Dimensionless parameters ξ(β) and heat generation by a particle as functions of the field frequency. Symbols a, b, c and 1, 2, 3 mean the same as in Fig. 4.

下载 (137KB)
索引源数据
7. Fig. 6. Limit (ω → ∞) values ​​of ξ(β) and as functions of the dimensionless modulus of rigidity of the composite g. Curves 1 and 2 are the values ​​of ξ(β) at β = 0 and π/2, respectively; curve 3 is the average value.

下载 (70KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024