나노·바이오 융합응용을 위한 초상자성 Ni-Zn Ferrite의 자기적 특성연구

Abstract

최근 들어 바이오 의약품으로 응용 가능한 자성 나노 입자에 대한 많은 연구가 이루어지고 있으며, 바이오 의약품으로 응용이 가능하려면 상온에서 초상자성의 특성을 가져야만 한다. 초상자성 나노 입자의 제작이 가능한 졸-겔 법을 이용하여 초상자성 나노 입자 <TEX>$Ni_{0.9}Zn_{0.1}Fe_2O_4$</TEX>를 제조하여 입자의 크기 및 자기적 성질을 DTA/TGA, x-선 회절법, SEM 측정과 <TEX>$M\ddot{o}ssbauer$</TEX> 분광법, 진동시료 자화율 측정기(VSM)를 이용하여 연구하였다. DTA/TGA, SEM 및 x-선 회절실험으로부터 <TEX>$300^{\circ}C$</TEX>에서 열처리한 입자가 순수한 cubic spinel 구조를 가지며, 평균입자 크기가 10nm인 균일한 구형상 임을 알 수 있었다. <TEX>$M\ddot{o}ssbauer$</TEX> 분광실험으로 <TEX>$300^{\circ}C$</TEX>에서 열처리한 입자가 상온에서 초상자성의 특성을 가지고 있음을 알 수 있었으며 13K에서 573K가지 <TEX>$M\ ddot{o}ssbauer$</TEX> 스펙트럼을 취하였을 때 77 K까지는 sextet의 공명흡수선(준강자성체)으로 나타났고 130K이상에서는 가운데 doublet의 공명흡수선이 나타나 400K에서는 sextet과 doublet의 면적비가 같아짐을 알 수 있었다. 13K에서의 초미세자기장은 <TEX>$H_{hf}(B)=532kOe,\;H_{hf}(A)=507 kOe$</TEX>이며, VSM 측정 결과로부터 초상자성의 특성을 잃어버리는 차단온도 <TEX>$T_B$</TEX>는 250 K로 결정하였다. 또한 자기이방성상수 <TEX>$K=1.0{\times}10^6\;erg/cm^3$</TEX>, 완화시간상수 <TEX>${\tau}_0=5.0{\times}10^{-13}$</TEX> s의 값을 얻었으며, 교류 발열 측정기를 이용하여 자기발열 상태를 측정한 결과 자기발열은 온열온도인 <TEX>$43.6^{\circ}C$</TEX>로 나타났다. <TEX>$Ni_{0.9}Zn_{0.1}Fe_2O_4$</TEX> nanoparticles have been prepared by a sol-gel method. The structural and magnetic properties have been investigated by DTA/TGA, XRD, SEM, and <TEX>$M\ddot{o}ssbauer$</TEX> spectroscopy, VSM. <TEX>$Ni_{0.9}Zn_{0.1}Fe_2O_4$</TEX> powder that was annealed at <TEX>$300^{\circ}C$</TEX> has spinel structure and behaved superparamagnetically. The estimated size of superparammagnetic Ni-Zn ferrite nanoparticle is around 10 nm. The hyperfine fields at 13 K for the A and B patterns were found to be 533 and 507 kOe, respectively. The blocking temperature (<TEX>$T_B$</TEX>) of superparammagnetic <TEX>$Ni_{0.9}Zn_{0.1}Fe_2O_4$</TEX> nanoparticle is about 250 K. The magnetic anisotropy constant and relaxation time constant of <TEX>$Ni_{0.9}Zn_{0.1}Fe_2O_4$</TEX> nanoparticle were calculated to be <TEX>$1.6\times10^6\;ergs/cm^3$</TEX> and <TEX>${\tau}_0=5.0{\times}10^{-13}$</TEX> s, respectively. Also, Temperature increased up to <TEX>$43^{\circ}C$</TEX> within 10 minutes under AC magnetic field of 7 MHz. It is considered that <TEX>$Ni_{0.9}Zn_{0.1}Fe_2O_4$</TEX> powder that was annealed at <TEX>$300^{\circ}C$</TEX> is available for biomedicine application such as hyperthermia, drug delivery system and contrast agents in MRI.