Малокутове розсіяння нейтронів з варіацією контрасту на магнітних рідинних системах

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

Спеціальність 01.04.14 - Теплофізика та молекулярна фізика

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеню кандидата фізико-математичних наук

Малокутове розсіяння нейтронів з варіацією контрасту на магнітних рідинних системах

Феоктистов Артем Валерійович

Київ - 2009

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на фізичному факультеті Київського національного університету імені Тараса Шевченка

Наукові керівники: академік НАН України,

доктор фізико-математичних наук, професор

БУЛАВІН Леонід Анатолійович,

завідувач кафедри молекулярної фізики фізичного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка

доктор фізико-математичних наук

АВДЄЄВ Михайло Васильович,

завідувач сектору Лабораторії нейтронної фізики ім. І.М. Франка Об'єднаного інституту ядерних досліджень, м. Дубна, Росія.

Офіційні опоненти: академік НАН України

доктор фізико-математичних наук, професор

БАКАЙ Олександр Степанович,

завідувач відділу теорії конденсованих середовищ та ядерної матерії Інституту теоретичної фізики ім. О.І. Ахієзера ННЦ “ХФТІ”, м. Харків

член-кореспондент АПН України

доктор фізико-математичних наук, професор

ГОРОБЕЦЬ Юрій Іванович,

заступник директора Інституту магнетизму НАН України та МОН України, м. Київ

Захист відбудеться “ 8 ” вересня 2009 р. о 16 00 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.08 Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: м. Київ, пр. Глушкова 2, корп. 1, фізичний факультет, ауд. 500.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: м. Київ, вул. Володимирська, 58.

Автореферат розісланий “ 6 ” серпня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д.26.001.08,

кандидат фізико-математичних наук О.С. Свечнікова

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В сучасній молекулярній фізиці одним з актуальних напрямків є дослідження міжмолекулярної взаємодії та структури рідинних наносистем [1]. Особливе місце серед рідинних систем належить магнітним рідинним системам [2].

Магнітні рідинні системи, або ферофлюїди, це суспензії, що належать до типу рідинних систем, який називається колоїдні системи [2]. Магнітні рідинні системи є системи з наночастинок магнітного матеріалу, що вміщені в певний розчинник. Для запобігання утворенню агрегатів в системі, яке може здійснюватися завдяки взаємодії між магнітними моментами наночастинок, поверхня наночастинок вкривається шаром поверхнево-активної речовини. Таким чином утворюється система, що складається з неоднорідних частинок, які мають певний розподіл за розмірами та взаємодіють між собою. В утвореній магнітній рідинній системі існує як притягання між частинками, зумовлене наявністю у частинок магнітних моментів, так і відштовхування, що зумовлене існуванням захисного шару на поверхні наночастинок. Дослідження таких складних систем як ферофлюїди є підґрунтям як для вдосконалення процесів їх синтезу з метою створення високостабільних магнітних рідинних систем з їх подальшим використанням в медицині та техніці, так і для створення нових теорій, що описують властивості даних колоїдних систем та пояснюють їх поведінку під впливом зовнішніх факторів, зокрема температури, прикладеного магнітного поля, тощо.

Одним з потужніших методів дослідження конденсованого стану речовини є малокутове розсіяння нейтронів [3]. Застосування методу варіації контрасту, що базується на заміщенні гідрогену на дейтерій в рідинній основі системи, дозволяє детально досліджувати неоднорідні об'єкти, якими є частинки такої системи. Узагальнений нещодавно [4] на випадок багатокомпонентних полідисперсних та суперпарамагнітних систем метод базисних функцій в малокутовому розсіянні нейтронів з варіацією контрасту відкриває нові можливості для інтерпретації експериментальних даних по малокутовому розсіянню нейтронів.

Магнітні рідинні системи є унікальними речовинами, які, зберігаючи властивість плинності рідини, реагують на прикладене магнітне поле. Дослідження структури магнітних рідинних систем має як фундаментальний, так і прикладний характер. За результатами досліджень отримують інформацію про взаємодію між наночастинками всередині ферофлюїдів, вивчають процес стабілізації наночастинок поверхнево-активними речовинами, вивчають утворення просторових структур під дією зовнішнього магнітного поля та багато іншого. З прикладної точки зору, магнітні рідинні системи широко використовуються в техніці та є перспективними для використання в медицині. Таке застосування вимагає знання структури ферофлюїдів, що використовуються.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є частиною досліджень кафедри молекулярної фізики фізичного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка у рамках Комплексної наукової програми «Конденсований стан - фізичні основи новітніх технологій». Зміст роботи був узгоджений з планом роботи по держбюджетній темі “Фундаментальні дослідження молекулярних процесів в рідинних, полімерних, медико-біологічних і наносистемах, які визначають їх рівноважні та кінетичні властивості” (№ 06 БФ 051-01, № держ. реєстрації 0106U006363).

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи було проведення структурних досліджень різних типів магнітних рідинних систем та отримання інформації про структуру їх частинок, використовуючи узагальнений метод базисних функцій в малокутовому розсіянні нейтронів з варіацією контрасту.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі задачі.

1. Отримати структурні параметри та проаналізувати їх різницю для двох магнітних рідинних систем з наночастинками магнетиту, які стабілізовані одним шаром олеїнової та міристинової кислоти та вміщені в органічний неполярний розчинник, а саме бензол, використовуючи узагальнений метод базисних функцій в малокутовому розсіянні нейтронів з варіацією контрасту.

2. Отримати структуру наночастинок водних ферофлюїдів, що стабілізовані подвійним шаром міристинової та лауринової кислоти, застосовуючи узагальнений метод базисних функцій в малокутовому розсіянні нейтронів з варіацією контрасту.

3. Порівняти структурні параметри наночастинок двох типів магнітних рідинних систем, створених на органічних неполярних та полярних водних розчинниках. наночастинка водний ферофлюїд магнітний

4. Дослідити структуру біологічно сумісної магнітної рідинної системи з додаванням поліетиленгліколю за допомогою малокутового розсіяння нейтронів з варіацією контрасту, використовуючи узагальнений метод базисних функцій для обробки експериментальних даних.

5. Отримати структурні параметри наночастинок водної магнітної рідинної системи з зарядовою стабілізацією, застосовуючи узагальнений метод базисних функцій до експериментальних даних по малокутовому розсіянню нейтронів з варіацією контрасту.

Об'єктом дослідження є структура полярних та неполярних магнітних рідинних систем.

Предметом дослідження є особливості структури органічних та водних магнітних рідинних систем з різним типом їх стабілізації.

Методи дослідження. Для дослідження структури різних типів магнітних рідинних систем в дисертації були застосовані метод малокутового розсіяння нейтронів [3,5], методи базисних функцій та комп'ютерного моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше застосовано новий узагальнений метод базисних функцій в малокутовому розсіянні нейтронів з варіацією контрасту для дослідження структури магнітних рідинних систем з різним типом їх стабілізації.

За даними по малокутовому розсіянню нейтронів показано, що дія олеїнової та міристинової кислот як стабілізаторів магнітних наночастинок має різну ефективність. Так, виявлено, що у випадку зі стабілізацією міристиновою кислотою в розчині стабілізуються менші за розміром фракції частинок.

Виявлено, що водні магнітні рідинні системи характеризуються існуванням значних за розміром агрегатів з магнітних наночастинок.

Методом малокутового розсіяння нейтронів одержано, що в водних магнітних рідинних системах з стабілізацією лауриновою кислотою агрегати складаються з наночастинок магнетиту, що вкриті подвійним шаром поверхнево-активної речовини, в той час як у випадку з стабілізацією міристиновою кислотою магнітні наночастинки в агрегатах вкриті одним неповним шаром поверхнево-активної речовини.

Вперше показано, що в біологічно сумісній магнітній рідинній системі з додаванням поліетиленгліколю відбувається формування агрегатів шляхом заміщення на поверхні магнітних наночастинок олеату натрію поліетиленгліколем. При цьому, заміщені молекули поверхнево-активної речовини в об'ємі розчинника утворюють міцели.

Вперше одержано значення ядерного та магнітного розміру наночастинок ферофлюїду з зарядовою стабілізацією у відсутності зовнішнього магнітного поля, застосовуючи узагальнений метод базисних функцій для інтерпретації даних по варіації контрасту. Значення знайдених розмірів підтверджуються результатами малокутового розсіяння поляризованих нейтронів.

Практичне значення одержаних результатів. Одержані структурні параметри частинок як органічних, так і водних магнітних рідинних систем вказують на ефективність застосування тієї чи іншої поверхнево-активної речовини для стабілізації ферофлюїдів. Різниця ядерного та магнітного розміру частинок ферофлюїду з зарядовою стабілізацією свідчить про існування значної Ван-дер-Ваальсової взаємодії між частинками навіть за дуже низьких концентрацій магнітних частинок в системі. Одержані результати є важливими для подальшої розробки та вдосконалення технології синтезу магнітних рідинних систем з наперед заданими властивостями з подальшим їх використанням у медицині.

Проведені дослідження показали, що метод базисних функцій є ефективним у виявленні структурних особливостей багатокомпонентних полідисперсних та суперпарамагнітних систем, до яких належать магнітні рідинні системи.

Особистий внесок здобувача. Здобувач брав безпосередньо участь у проведенні експериментів по малокутовому розсіянню нейтронів, обговоренні результатів експериментів та написанні робіт, які наведено в [6-25]. Автором були проведені експерименти по малокутовому розсіянню нейтронів з варіацією контрасту на неполярних органічних ферофлюїдах, результати яких викладено в роботах [6-8,11,13-15,17-25]. Результати проведених автором експериментів по малокутовому розсіянню нейтронів на водних магнітних рідинних системах з стабілізацією подвійним шаром поверхнево-активної речовини наведено в роботах [9,12,16]. В роботі [10] представлено результати проведених автором експериментів по малокутовому розсіянню нейтронів з варіацією контрасту на водній біологічно сумісній магнітній рідинній системі з додаванням поліетиленгліколю. Крім того, в роботах [6,7,9,10,13-15,17-21,23,24] автором самостійно виконана обробка експериментальної інформації та її інтерпретація із застосованням узагальненого методу базисних функції у варіації контрасту.

Апробація результатів дисертації. Результати, представлені в роботі, оприлюднювались на міжнародних наукових конференціях:

Session of the Programme Advisory Committee for Condensed Matter Physics, Dubna, Russia, April 3?4, 2006.

XIХ Совещание по использованию рассеяния нейтронов в исследованиях конденсированного состояния, РНИКС-2006. Обнинск, Россия, 12?15 сентября, 2006г.

“International Small-Angle Scattering Workshop is devoted to Yu. M. Ostanevich”, Dubna, Russia, October 5?8, 2006.

“4th Central European Training School”. Budapest, Hungary, April 23?27, 2007.

“4th European Conference on Neutron Scattering”, ECNS-2007. Lund, Sweden, June 25?29, 2007.

“11th International Conference on Magnetic Fluids”, ICMF 11. Koљice, Slovakia, July 23-27, 2007.

“VI Национальная конференция по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов”, РСНЭ-2007. Москва, Россия, 12?17 ноября, 2007г.

Session of the Programme Advisory Committee for Condensed Matter Physics. Dubna, Russia, January 21-22, 2008.

“XII научная конференция молодых ученых и специалистов”. Дубна, Россия, 4?8 февраля, 2008г.

“4th International Conference. Physics of Liquid Matter: Modern Problems”, PLMMP-2008, Kyiv, Ukraine, May 23?26, 2008.

“Moscow International Symposium on Magnetism 2008”, MISM-2008, Moscow, Russia, June 20?25, 2008.

“Deutsche Neutronenstreutagung 2008”, DN 2008, Garching, Germany, September 15-17, 2008.

Публікації. Основні матеріали та результати дисертації опубліковано в 20 працях, в тому числі 8 статей в реферованих фахових журналах, 1 стаття в збірці наукових праць, 1 стаття в збірнику трудів конференції та 10 тез доповідей на міжнародних наукових конференціях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків та списку використаних джерел, що містить 114 найменувань. Роботу викладено на 118 сторінках машинописного тексту, який містить 49 рисунків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі висвітлено стан наукової проблеми по дослідженню магнітних рідинних систем, сформульовано мету та задачі дослідження, обґрунтовано актуальність, наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. Представлена інформація про зв'язок роботи з науковими темами та апробацію результатів дисертації, описано особистий внесок автора у публікації, в яких викладено основний зміст дисертаційної роботи.

У розділі 1 наведено сучасні перспективи застосування магнітних рідинних систем в техніці та медицині. Розглянуті основні методи стабілізації магнітних наночастинок ферофлюїдів. Проаналізовано роботи, присвячені дослідженням структури магнітних рідинних систем.

У розділі 2 наведено основні принципи малокутового розсіяння нейтронів та узагальнення класичного методу базисних функцій у варіації контрасту на випадок багатокомпонентних полідисперсних та суперпарамагнітних систем. Малокутове розсіяння нейтронів - це дифракційний метод, який широко використовується при вивченні надатомної структури речовини [3]. На відміну від малокутового розсіяння рентгенівських променів, малокутове розсіяння нейтронів, завдяки великій їх проникності, дозволяє вивчати структуру речовини в об'ємі, а не на поверхні. Крім того, нейтрон має ненульовий спін, тому за допомогою малокутового розсіяння нейтронів можна досліджувати магнітну структуру речовин, таких як магнітні рідинні системи.

Найбільш ефективним способом отримання інформації про внутрішні неоднорідності частинок є метод варіації нейтронного контрасту . Нейтронним контрастом називається різниця середньої густини розсіяння частинок та густини розсіяння розчинника.

Загально прийнятим шляхом обробки експериментальних даних експериментів по малокутовому розсіянню нейтронів з варіацією контрасту на системах невзаємодіючих частинок є метод базисних функцій, який було запропоновано Штурманом [5,6]. Цей метод добре працює у випадку монодисперсних частинок, які мають однакову внутрішню структуру та розмір. Зауважимо, що у випадку нейтронного розсіяння, досліджувані об'єкти повинні бути немагнітними, аби уникнути додаткового ефекту магнітного розсіяння, який в цьому методі не враховується. У випадку монодисперсних немагнітних частинок можна виділити декілька внесків в розсіяння та проаналізувати їх окремо один від одного.

Функція відповідає розсіянню від частинок з однорідною густиною розсіяння в межах об'єму, що недоступний розчинникові. Іншими словами, вона описує розсіяння, що залежить від форми частинки; функція відповідає розсіянню на флуктуаціях густини розсіяння всередині частинок; та функція - це перехресний доданок.

Слід зазначити, що початкова частина кривої малокутового розсіяння (q•Rg < 1) як правило апроксимується формулою Гіньє

Параметр I(0) характеризує загальну кількість розсіювальної матерії, а Rg несе інформацію про її розподіл відносно центра маси частинки. Будуючи залежність значень даних параметрів від контрасту та апроксимуючи їх відповідними виразами в рамках класичного методу базисних функцій [5], отримують інформацію про структуру частинок системи.

У випадку полідисперсних магнітних частинок, якими є частинки магнітних рідинних систем, потрібно розглядати усереднення рівняння (1) по всій функції розподілу частинок, що може включати як структурну полідисперсність, так і полідисперсність за розміром. У цьому випадку вводиться ефективна середня густина розсіяння частинок , що не залежить від усереднення. Таким чином, усереднене рівняння набуває форми, подібної до рівняння, але з модифікованим контрастом та модифікованими базисними функціями. Ефект магнітного розсіяння, який не залежить від контрасту в системі, може бути врахований шляхом включення його внеску в доданок, подібний до Is(q) в виразі, що є незалежним від контрасту.

В рамках нового узагальненого методу базисних функцій залежність параметрів наближення Гіньє від контрасту набуває якісно іншого вигляду, що, порівняно з класичним методом базисних функцій, дозволяє більш детально вивчити структуру досліджуваних систем.

У розділі 3 представлені результати проведених структурних досліджень органічних магнітних рідинних систем магнетит-міристинова кислота-бензол та магнетит-олеїнова кислота-бензол.

Експерименти по малокутовому розсіянню нейтронів з варіацією контрасту на органічних магнітних рідинних системах були проведені нами на малокутовому дифрактометрі по часу прольоту ЮМО, що розташований на імпульсному реакторі ІБР-2 Лабораторії нейтронної фізики ім. І.М. Франка Об'єднаного інституту ядерних досліджень (м. Дубна, Росія) та на установці SANS-1, що розташована на стаціонарному реакторі FRG-1 Дослідницького центру GKSS (м. Гіштахт, Німеччина).

Отримані нами криві малокутового розсіяння нейтронів показали відсутність агрегатів в магнітних рідинних системах, про утворення яких зазвичай свідчить різке зростання інтенсивності розсіяння при малих значеннях q. Це дозволило на початкових ділянках одержаних кривих малокутового розсіяння застосувати наближення Гіньє (2). Залежності параметру Rg апроксимації Гіньє від оберненого модифікованого контрасту для двох магнітних рідинних систем подані на рис. 1. Експериментальні дані були апроксимовані виразом (3). Перетин залежності (3) з віссю ординат відповідає випадку нескінченного контрасту, тобто відповідає розсіянню, що визначається саме формою колоїдних наночастинок (магнетитові наночастинки разом з оболонкою поверхнево-активної речовини) та дає значення їх характерного радіусу інерції. Вважаючи частинки магнітної рідинної системи сферично-симетричними та користуючись відомим співвідношенням для радіусу інерції сфери Rg = 3/5 R, нами був обчислений характерний радіус всієї частинки, що відповідно складає (5,0 ± 0,1) нм та (10,3 ± 0,5) нм у випадку стабілізації міристиновою та олеїновою кислотою.

Для знаходження базисних функцій малокутового розсіяння нами було мінімізовано функціонал

Найбільш прозорою для інтерпретації у випадку багатокомпонентних полідисперсних та суперпарамагнітних систем є модифікована базисна функція [4]. Вона являє собою усереднене розсіяння, що визначається формою усіх наночастинок в магнітній рідинній системі, які беруть участь у розсіянні [4]. Застосовуючи процедуру оберненого Фур'є-перетворення до кривих нами були обчислені парні функції розподілу за відстанями p(r) [9] для частинок досліджуваних магнітних рідинних систем. Функція розподілу за відстанями p(r) вказує імовірність того, що точка на відстані r в довільному напрямку від обраної точки в частинці також буде лежати всередині частинки. Вигляд одержаних функцій наведено на рис. 2.

Порівнюючи парні функції розподілу за відстанями для частинок двох магнітних рідинних систем можна зробити висновок, що частинки магнітної рідинної системи, які стабілізовані міристиновою кислотою, мають менші розміри та більш вузьку функцію розподілу за розмірами. Ми пов'язуємо таку різницю в структурних параметрах двох магнітних рідинних систем саме з тим, що для їх стабілізації використовувались дві поверхнево-активні речовини, які суттєво відрізняються між собою та, відповідно, мають різні стабілізаційні властивості.

Проте, по відношенню до компенсації магнітного притягання між частинками, дані монокарбоксильні кислоти мають різну ефективність стабілізації. Якщо олеїнова кислота є надійним стабілізатором наночастинок магнетиту в широкому діапазоні їх радіусів (від 1 до 10 нм), то міристинова кислота частково стабілізує колоїдну систему в даному діапазоні радіусів наночастинок, залишаючи в розчиннику лише фракцію частинок, менших за розміром.

У розділі 4 наведені результати структурних досліджень водних магнітних рідинних систем з різним типом стабілізації магнітних наночастинок, включаючи біологічно сумісні.

Експерименти по малокутовому розсіянню нейтронів з варіацією контрасту на водних магнітних рідинних системах були проведені нами на установці малокутового розсіяння нейтронів SANS-1, що розташована на стаціонарному реакторі FRG-1 Дослідницького центру GKSS (м. Гіштахт, Німеччина).

У випадку магнітних рідинних систем з подвійним стабілізаційним шаром поверхнево-активної речовини магнетит-міристинова кислота-вода та магнетит-лауринова кислота-вода нам не вдалося апроксимувати експериментальні дані малокутового розсіяння нейтронів моделлю окремих частинок ядро-оболонка [10]. При цьому ми вважали, що маємо сферичні частинки магнетиту, які вкриті шаром поверхнево-активної речовини. Це вказує на те, що в даному випадку в системі відбувається агрегація, яка значно впливає на поведінку інтенсивності малокутового розсіяння. Іншими словами, досліджуваний тип магнітних рідинних систем суттєво відрізняється від тих, які основані на неполярних розчинниках та стабілізовані одним шаром поверхнево-активної речовини [11]. Зауважимо, що розсіяння від агрегатів не дозволяє застосувати апроксимацію Гіньє для отриманих кривих малокутового розсіяння нейтронів. У свою чергу, як перший крок, стандартна процедура варіації контрасту використовує аналіз залежності інтенсивності розсіяння в нульовий кут I(0) від контрасту. Значення I(0) для кожного значення контрасту отримують з апроксимації Гіньє. Зокрема, ефективна точка компенсації у випадку полідисперсних систем може бути віднесена до мінімуму параболічної залежності I(0) від вмісту D2O в рідині-носії. З огляду на ефект агрегації, в цьому випадку нами було використано довільний вибір ефективної точки компенсації для визначення модифікованого контрасту [4]. Нами були побудовані залежності інтенсивності розсіяння від вмісту D2O в розчиннику в різних значеннях q для обох зразків, що дало параболічні залежності для певного значення q. Якщо частинки однорідні, то положення мінімумів в таких залежностях не повинні змінюватись і повинні відповідати їх середній густині довжини розсіяння. Для неоднорідних частинок вони повинні зміщуватися зі зміною q.

Знайдені залежності положення мінімумів як функції q подані на рис. 4. Важливим є той факт, що у випадку зразка з стабілізацією міристиновою кислотою значення мінімуму не змінюється в інтервалі q від 0,06 до 0,3 нм?1. З відомого співвідношення між прямим (розмір частинки D) та оберненим (модуль вектора розсіяння q) просторами D ~ 2р/q, можна зробити висновок, що агрегати в цьому зразку можуть розглядатися як однорідні з розміром, більшим ніж 20 нм. У випадку зразка з стабілізацією лауриновою кислотою ситуація інша. Неможливо визначити такий інтервал q, де точка компенсації не змінюється, тобто в цьому випадку ми маємо справу з достатньо неоднорідними агрегатами, а їх середня густина довжини розсіяння суттєво залежить від розміру агрегату.

Слід зазначити, що вибір ефективної точки компенсації не впливає на обчислення модифікованої базисної функції [4]. Враховуючи даний факт, ефективна точка компенсації була обрана нами з мінімуму параболічної залежності інтенсивності розсіяння від вмісту D2O в рідині-носії в точці q = 0,09 нм?1. Мінімізуючи функціонал (4) нами було обчислено модифіковані базисні функції. До найбільш прозорої для інтерпретації модифікованої базисної функції , яка відповідає за розсіяння, що визначається формою частинок, було застосовано процедуру оберненого Фур'є-перетворення [9]. Результатом проведеного Фур'є-перетворення є парні функції розподілу за відстанями . Найбільше значення r, де функція p(r) не є нулем, відповідає найбільшому розміру агрегатів і в нашому випадку складає 49 нм та 33 нм, відповідно, у випадку зразків з стабілізацією лауриновою та міристиновою кислотою. У випадку зразка з стабілізацією лауриновою кислотою є помітною різниця між функціями розподілу за відстанями (рис. 5), що були отримані з базисної функції та кривої малокутового розсіяння нейтронів на зразку з повністю протонованим розчинником (H2O), де, через слабкий контраст з оболонкою, розсіяння відбувається в основному на магнетиті. Навпаки, у випадку зразка з стабілізацією міристиновою кислотою такі криві майже співпадають. У випадку зразка з стабілізацією лауриновою кислотою, різниця максимальних розмірів двох функцій розподілу за відстанями, що складає приблизно 7 нм, може бути віднесена до ефективного шару (товщина ~3,5 нм) поверхнево-активної речовини навколо наночастинок магнетиту. На нашу думку для зразка з стабілізацією міристиновою кислотою має місце однорідна агломерація з малою ефективною товщиною поверхнево-активної речовини навколо окремих наночастинок магнетиту.

Методом малокутового розсіяння нейтронів з варіацією контрасту нами було проведено дослідження біологічно сумісної магнітної рідинної системи магнетит-олеат натрію-вода з додаванням поліетиленгліколю. Аналогічно до попереднього випадку, була отримана залежність ефективної точки компенсації від значення q (див. рис. 6). На рис. 6 можна виділити дві ділянки, де ефективна точка компенсації не змінюється, що відповідають 45% та 5% вмісту D2O в рідині-носії. Використовуючи значення ефективної точки компенсації при q = 0,09 нм?1 та мінімізуючи функціонал (4) нами було одержано модифіковані базисні функції. Модифікована базисна функція вказує на існування двох різних типів розсіяння. Перший тип (малі значення q) відображає розсіяння за степеневим законом ~q?2,5.

Отриманий показник степеня (?2,5) вказує на присутність фрактальних агрегатів з розмірністю 2,5 (масові фрактали ). Їх розмір перевищує 120 нм, тому їх область Гіньє знаходиться поза межами роздільної здатності інструмента. Після віднімання степеневого розсіяння, екстрапольованого на великі значеннях q, до другого типу розсіяння ми застосували процедуру оберненого Фур'є-перетворення , результатом якого є парна функція розподілу за відстанями для сферично симетричних частинок. Обчислений радіус частинок ~2,1 нм співрозмірний з довжиною молекули олеату натрію. Це вказує на той факт, що в системі з вільної поверхнево-активної речовини в розчиннику утворились міцели.

Результати варіації контрасту на магнітній рідинній системі з зарядовою стабілізацією частинок маггеміту малими молекулами цитрату C3H5O(COO)33? подано на рис. 8. Як видно з рис. 8, вплив тонкої стабілізаційної оболонки на розсіяння є слабким, частинки даної магнітної рідинної системи можна розглядати як однорідні. Для різних складів розчинника було проведене наближення Гіньє початкових частин кривих малокутового розсіяння нейтронів. За результатами апроксимації для кожного значення контрасту ми отримали величину квадрата радіуса інерції Rg.

Перетин залежності (3) з віссю ординат відповідає радіусу інерції форми частинок. Слід зазначити, що в ефективній точці компенсації () вказана залежність має граничне значення. У випадку однорідних магнітних частинок воно відповідає магнітному радіусу інерції частинок [4]. Враховуючи цей факт та вважаючи наночастинки досліджуваної магнітної рідинної системи сферично-симетричними, нами були одержані їх ядерний та магнітний радіуси, які відповідно складають (13,0 0,1) нм та (9,3 0,9) нм. Велика різниця між цими радіусами була підтверджена незалежно в експериментах по малокутовому розсіянню поляризованих нейтронів. Наявність такої різниці пояснюється значним впливом взаємодії Ван-дер-Ваальса між наночастинками досліджуваної магнітної рідинної системи при незначній взаємодії їхніх магнітних моментів.

РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

1. Методом малокутового розсіяння нейтронів проведені структурні дослідження магнітних рідинних систем з різним типом їх стабілізації. Одержані залежності інтегральних параметрів малокутового розсіяння нейтронів від контрасту описуються в рамках узагальненого методу базисних функцій.

2. Для двох неполярних магнітних рідинних систем знайдені розміри стабілізованих в них магнітних частинок, які, відповідно, складають 5 нм та 10 нм у випадку стабілізації міристиновою та олеїновою кислотою, що вказує на суттєву різницю в ефективності дії цих кислот як стабілізаторів магнітних наночастинок в магнітних рідинних системах.

3. За допомогою методу варіації контрасту в малокутовому розсіянні нейтронів досліджено магнітні рідинні системи на основі води. Застосування узагальненого методу базисних функцій для інтерпретації даних по малокутовому розсіянню нейтронів дозволило показати, що в системі магнетит-лауринова кислота-вода магнітні наночастинки покриті оболонкою з лауринової кислоти товщиною ~3,5 нм, в той час як для системи магнетит-міристинова кислота-вода формування агрегатів іде шляхом неповного покриття магнітних наночастинок молекулами міристинової кислоти.

4. Аналіз малокутового розсіяння нейтронів з варіацією контрасту на біологічно сумісній магнітній рідинній системі з додаванням поліетиленгліколю показав, що в такій магнітній рідинній системі формуються розгалужені агрегати з розміром більшим за 120 нм та фрактальною розмірністю 2,5. Агрегати утворюються переважно шляхом заміщення на поверхні магнітних наночастинок олеату натрію поліетиленгліколем, внаслідок чого в системі також утворюються міцели олеату натрію радіусом ~2 нм.

5. За умови відсутності зовнішнього магнітного поля для водної магнітної рідинної системи з зарядовою стабілізацією визначені ядерний (13 нм) та магнітний (9 нм) радіуси стабілізованих частинок. Різниця вказаних радіусів пояснюється існуванням Ван-дер-Ваальсової взаємодії між колоїдними частинками.

Результати проведених досліджень органічних та водних магнітних рідинних систем за допомогою малокутового розсіяння нейтронів дозволяють зробити такі висновки:

В органічних магнітних рідинних системах дія олеїнової та міристинової кислот як стабілізаторів магнітних наночастинок має різну ефективність. У випадку зі стабілізацією міристиновою кислотою в розчині стабілізуються менші за розміром фракції частинок.

Водні магнітні рідинні системи характеризуються існуванням значних за розміром агрегатів з магнітних наночастинок.

У водних магнітних рідинних системах з стабілізацією лауриновою кислотою агрегати складаються з наночастинок магнетиту, що вкриті подвійним шаром поверхнево-активної речовини, в той час як у випадку з стабілізацією міристиновою кислотою магнітні наночастинки в агрегатах вкриті одним неповним шаром поверхнево-активної речовини.

В біологічно сумісній магнітній рідинній системі з додаванням поліетиленгліколю агрегати формуються шляхом заміщення на поверхні магнітних наночастинок олеату натрію вказаним полімером. Крім цього, з вільних молекул олеату натрію у вказаній рідинній системі утворюються сферичні міцели.

У водних низькоконцентрованих магнітних рідинних системах з зарядовою стабілізацією існує значна Ван-дер-Ваальсова взаємодія між магнітними наночастинками при незначній взаємодії їх магнітних моментів.

СПИСОК ЦИТОВАНИХ РОБІТ

1. Булавін Л. А. Молекулярна фізика / Булавін Л. А., Гаврюшенко Д. А., Сисоєв В. М. - К. : Знання, 2006. - 540 с.

2. Адаменко І. І. Фізика рідин та рідинних систем / І. І. Адаменко, Л. А. Булавін. - К. : АСМІ, 2006. - 660 с.

3. Нейтронна спектроскопія конденсованих середовищ / [Булавін Л. А., Кармазіна Т. В., Клепко В. В., Слісенко В. І.]. - К. : Академперіодика, 2006. - 665 с.

4. Avdeev M. V. Contrast variation in small-angle scattering experiments on polydisperse and superparamagnetic systems: basic functions approach / Mikhail V. Avdeev // J. Appl. Cryst. - 2007. - V. 40. - P. 56-70.

5. Stuhrmann H. B. Contrast variation // Small angle X-ray scattering / H. B. Stuhrmann. - London : Acad. Press, 1982. - P. 197-213.

6. Stuhrmann H. B. Contrast Variation // Modern aspects of small-angle scattering / Brumberger H. - Dordrecht : Kluwer Acad. Publishers, 1995. - P. 221-253.

7. Свергун Д. И. Рентгеновское и нейтронное малоугловое рассеяние / Д. И. Свергун, Л. А. Фейгин. - М. : Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. - 280 с.

8. Whitten A. E. MULCh: modules for the analysis of small-angle neutron contrast variation data from biomolecular assemblies / A. E. Whitten, S. Cai, J. Trewhella // J. Appl. Cryst. - 2008. - V. 41. - P. 222-226.

9. Pedersen J. S. Analysis of small-angle scattering data from colloids and polymer solutions: modeling and least-squares fitting / Jan Skov Pedersen // Adv. Colloid Interface Sci. - 1997. - V. 70. - P. 171-210.

10. Structural Studies of Ferrofluids by Small-Angle Neutron Scattering / M. Balasoiu, M. V. Avdeev, A. I. Kuklin [et al.] // Magnetohydrodynamics. - 2004. - V. 40, No. 4. - P. 359-368.

11. On the possibility of using short chain length mono carboxylic acids for stabilization of magnetic fluids / M. V. Avdeev, D. Bica, L. Vekas [et al.] // J. Magn. Magn. Mater. - 2007. - V. 311. - P. 6-9.

12. Schmidt P. W. Small-Angle Scattering of Disordered, Porous and Fractal Systems / P. W. Schmidt // J. Appl. Cryst. - 1991. - V. 24. - P. 414-435.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Вариация Контраста в Малоугловом Рассеянии Нейтронов на Магнитной Жидкости Магнетит/Миристиновая Кислота/Бензол / А. В. Феоктистов, М. В. Авдеев, В. Л. Аксенов, Л. А. Булавин, Д. Бика, Л. Векаш, В. М. Гарамус, Р. Виллумайт // Поверхность. Рентген., синхротрон. и нейтрон. исслед. - 2009. - № 1. - С. 3-6.

2. Contrast Variation in Small-Angle Neutron Scattering from Magnetic Fluids Stabilized by Different Mono-Carboxylic Acids / A. V. Feoktystov, M. V. Avdeev, V. L. Aksenov, V. I. Petrenko, L. A. Bulavin, D. Bica, L. Vekas, V. M. Garamus, R. Willumeit // Solid State Phenomena. - 2009. - V. 153. - P. 186-189.

3. Structural aspects of stabilization of magnetic fluids by mono-carboxylic acids / M. V. Avdeev,

D. Bica, L. Vekas, V. L. Aksenov, A. V. Feoktystov, L. Rosta, V. M. Garamus, R. Willumeit // Solid State Phenomena. - 2009. - V. 152. - P. 182-185.

4. Малокутове розсіяння нейтронів водними системами, які стабілізовані монокарбоксильними кислотами / А. В. Феоктистов, Л. А. Булавін, М. В. Авдеєв, Л. Векаш, В. М. Гарамус, Р. Віллумайт // Укр. фіз. журн. - 2009. - Т. 54, № 3. - С. 268-275.

5. Small-angle neutron scattering by water-based ferrofluid mixed with polyethylene glycol / A. V. Feoktystov, L. A. Bulavin, M. V. Avdeev, V. M. Garamus, P. Kopcansky, M. Timko,

M. Koneracka, V. Zavisova // Ukr. J. Phys. - 2009. - V. 54, No. 4. - P. 348-354.

6. Comparative structure analysis of non-polar organic ferrofluids stabilized by saturated mono-carboxylic acids / M. V. Avdeev, D. Bica, L. Vekas, V. L. Aksenov, A. V. Feoktystov, O. Marinica, L. Rosta, V. M. Garamus, R. Willumeit // J. Colloid Interface Sci. - 2009. - V. 334. - P. 37-41.

7. Структурні дослідження магнітних рідин, основаних на воді, за допомогою методу малокутового розсіяння нейтронів / Л. А. Булавін, А. В. Феоктистов, В. І. Петренко,

М. В. Авдеєв, М. Балашою, В. Л. Аксенов, Д. Біка, Л. Векаш // Сучасні проблеми молекулярної фізики. - К. : ВПЦ «КУ», 2006. - С. 51-56.

8. SANS Contrast Variation in Organic Magnetic Fluid of New Type / M. V. Avdeev, A. V. Feoktystov, M. Balasoiu, D. Bica, L. Vekas // FLNP Annual Report. - 2005. - P. 75-77.

9. Avdeev M. V. SANS contrast variation in ferrofluids as polydisperse multicomponent superparamagnetic systems / M. V. Avdeev, A. V. Feoktystov // GeNF - Experimental Report - 2008. - P. 27-28.

10. Feoktystov A. V. SANS contrast variation on polydisperse superparamagnetic systems /

A. V. Feoktystov, M. V. Avdeev, V. M. Garamus // Труды всероссийской конференции “XII научная конференция молодых ученых и специалистов”. - Дубна: ОИЯИ, 2008. - С. 158-161.

11. Новые результаты по структуре водных магнитных жидкостей / М. Балашою, М. В. Авдеев,

А. В. Феоктистов, В. Л. Аксенов, Д. Бика, Л. Векаш, Л. Рошта, В. М. Гарамус, В. Н. Дугинов // Тезисы всероссийской конференции XIХ Совещание по использованию рассеяния нейтронов в исследованиях конденсированного состояния. - Обнинск : ГНЦ РФ - ФЭИ, 2006. - С. 70-71.

12. Small-Angle Neutron Scattering Contrast Variation On Ferrofluid Magnetite/Myristic Acid/Benzene / A. V. Feoktystov, M. V. Avdeev, V. L. Aksenov, L. A. Bulavin, D. Bica, L. Vekas, V. M. Garamus // Abstracts 4th Central European Training School. - Budapest : BNC, 2007. - P. 10.

13. Small-Angle Neutron Scattering Contrast Variation On Ferrofluid Magnetite/Myristic Acid/Benzene / A. Feoktystov, M. Avdeev, V. Aksenov, L. Bulavin, D. Bica, L. Vekas, V. Garamus // Book of abstracts “4th European Conference on Neutron Scattering”. - Lund : Media-Tryck, 2007. - P. 599.

14. Small-Angle Neutron Scattering Contrast Variation On Ferrofluid Magnetite/Myristic Acid/Benzene / A. V. Feoktystov, M. V. Avdeev, V. L. Aksenov, L. A. Bulavin, D. Bica, L. Vekas, V. M. Garamus, V. Almasan // Book of abstracts “11th International Conference on Magnetic Fluids”. - Kosice : IEP SAS, 2007. - P. 2P2.

15. Вариация контраста в малоугловом рассеянии нейтронов на магнитной жидкости магнетит/миристиновая кислота/бензол / А. В. Феоктистов, М. В. Авдеев, В. Л. Аксенов,

Л. А. Булавин, Д. Бика, Л. Векаш, В. М. Гарамус, Р. Виллумайт // Тезисы национальной конференции “VI Национальная конференция по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов”. - М. : ИК РАН, 2007. - С. 178.

16. Small-angle neutron scattering contrast variation on polydisperse superparamagnetic systems /

A. V. Feoktystov, M. V. Avdeev, V. L. Aksenov, L. A. Bulavin, D. Bica, L. Vekas, V. M. Garamus, R. Willumeit // Book of abstracts 4th International Conference “Physics of Liquid Matter: Modern Problems”. - Kyiv : PLMMP, 2008. - P. 216.

17. Structural aspects of stabilization of magnetic fluids by mono-carboxylic acids / M. V. Avdeev,

D. Bica, L. Vekas, V. L. Aksenov, A. V. Feoktystov, V. M. Garamus, R. Willumeit // Book of abstracts 4th International Conference “Physics of Liquid Matter: Modern Problems”. - Kyiv : PLMMP, 2008. - P. 218.

18. Contrast variation in small-angle neutron scattering from magnetic fluids as polydisperse and superparamagnetic systems / A. V. Feoktystov, M. V. Avdeev, V. L. Aksenov, L. A. Bulavin,

D. Bica, L. Vekas, V. M. Garamus, R. Willumeit // Book of abstracts “Moscow International Symposium on Magnetism”. - Moscow : MISM, 2008. - P. 461.

19. Contrast variation in small-angle neutron scattering from magnetic fluids as polydisperse superparamagnetic systems / A. Feoktystov, M. Avdeev, V. Aksenov, L. Bulavin, D. Bica, L. Vekas, V. Garamus, R. Willumeit // Book of abstracts “Deutsche Neutronenstreutagung 2008”. - Garching : Technische Universitдt Mьnchen, 2008. - P. 199.

20. Structure aspects of stabilization of ferrofluids by small-angle neutron scattering / M. Avdeev,

V. Garamus, R. Willumeit, A. Feoktystov, L. Vekas, V. Aksenov // Book of abstracts “Deutsche Neutronenstreutagung 2008”. - Garching : Technische Universitдt Mьnchen, 2008. - P. 260.

АНОТАЦІЯ

Феоктистов А.В. Малокутове розсіяння нейтронів з варіацією контрасту на магнітних рідинних системах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.14 - теплофізика та молекулярна фізика. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2009.

Дисертація присвячена дослідженню методом малокутового розсіяння нейтронів структури магнітних рідинних систем з різним типом їх стабілізації. Головна увага приділяється застосуванню нового методу базисних функцій у варіації контрасту для інтерпретації експериментальних даних, який було узагальнено на випадок багатокомпонентних полідисперсних та суперпарамагнітних систем. При його використанні для інтерпретації експериментальних даних малокутового розсіяння нейтронів з варіацією контрасту на органічних магнітних рідинних системах магнетит-міристинова кислота-бензол та магнетит-олеїнова кислота-бензол було одержано, що розмір частинок магнітної рідинної системи з стабілізацією міристиновою кислотою в два рази менший за розмір частинок у випадку стабілізації олеїновою кислотою. Цей факт вказує на різну ефективність даних поверхнево-активних речовин як стабілізаторів магнітних наночастинок. Одержано, що водні магнітні рідинні системи характеризуються існуванням в них значних за розміром агрегатів. Агрегати в магнітній рідинній системі магнетит-лауринова кислота-вода складаються з частинок, які мають стабілізаційну оболонку товщиною ~3,5 нм. У випадку стабілізації міристиновою кислотою, в такій системі формуються агрегати шляхом неповного покриття магнітних наночастинок молекулами кислоти. Дослідження біологічно сумісної магнітної рідинної системи магнетит-олеат натрію-вода з додаванням поліетиленгліколю виявило, що, шляхом заміщення олеату натрію поліетиленгліколем, в системі формуються фрактальні агрегати з розміром більше 120 нм, та з'являються міцели олеату натрію. З експериментів по варіації контрасту на водній магнітній рідинній системі з зарядовою стабілізацією одержано різні значення ядерного та магнітного розмірів стабілізованих частинок. Проведені експерименти по малокутовому розсіянню поляризованих нейтронів вказують на той факт, що різниця вказаних розмірів є наслідком значної Ван-дер-Ваальсової взаємодії між магнітними наночастинками при незначній взаємодії їх магнітних моментів.

Ключові слова: магнітні рідинні системи, малокутове розсіяння нейтронів, варіація контрасту, метод базисних функцій.

АННОТАЦИЯ

Феоктистов А.В. Малоугловое рассеяние нейтронов с вариацией контраста на магнитных жидкостях. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.14 - теплофизика и молекулярная физика. - Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2009.

Диссертация посвящена исследованию методом малоуглового рассеяния нейтронов структуры магнитных жидкостей с разным типом стабилизации. Основное внимание уделяется использованию нового метода базисных функций в вариации контраста для интерпретации экспериментальных данных, который был обобщен на случай многокомпонентных полидисперсных и суперпарамагнитных систем. При его использовании для интерпретации экспериментальных данных малоуглового рассеяния нейтронов с вариацией контраста на органических магнитных жидкостях магнетит-миристиновая кислота-бензол и магнетит-олеиновая кислота-бензол было получено, что размер частиц магнитной жидкости со стабилизацией миристиновой кислотой в два раза меньше размера частиц в случае стабилизации олеиновой кислотой. Этот факт указывает на разную эффективность данных поверхностно-активных веществ как стабилизаторов магнитных наночастиц. Получено, что водные магнитные жидкости характеризуются существованием в них значительных по размерам агрегатов. Агрегаты в магнитной жидкости магнетит-лауриновая кислота-вода состоят из частиц, которые имеют стабилизационную оболочку толщиной ~3,5 нм. В случае стабилизации миристиновой кислотой, в такой системе формируются агрегаты путем неполного покрытия магнитных наночастиц молекулами кислоты. Исследование биологически совместимой магнитной жидкости магнетит-олеат натрия-вода с добавлением полиэтиленгликоля обнаружило, что, путем замещения олеата натрия полиэтиленгликолем, в системе формируются фрактальные агрегаты с размером больше 120 нм, и появляются мицеллы олеата натрия. Из экспериментов по вариации контраста на водной магнитной жидкости с зарядовой стабилизацией получены разные значения ядерного и магнитного размеров стабилизированных частиц. Проведенные эксперименты по малоугловому рассеянию поляризованных нейтронов указывают на тот факт, что разница указанных размеров есть следствием значительного Ван-дер-Ваальсового взаимодействия между магнитными наночастицами при незначительном взаимодействии их магнитных моментов.

Ключевые слова: магнитные жидкости, малоугловое рассеяние нейтронов, вариация контраста, метод базисных функций.

SUMMARY

Feoktystov A.V. Small-angle neutron scattering contrast variation on magnetic fluids. - Manuscript.

Thesis for the Doctor of Philosophy degree (Candidate of Science in Physics and Mathematics) by specialty 01.04.14 - thermophysics and molecular physics. Physics Department, Taras Shevchenko Kyiv National University, Kyiv, 2009.

The thesis concerns the research of the structure of magnetic fluids with different types of stabilization using small-angle neutron scattering (SANS). The main attention attends to the use of the new approach of basic functions in contrast variation for interpretation of the SANS experimental data, that was developed for the case of multicomponent polydisperse and superparamagnetic systems.

Magnetic fluids (or ferrofluids) are liquid colloidal solutions of finely dispersed magnetic nanoparticles coated with a layer(s) of a surfactant. Being a liquid which reacts to the applied magnetic field ferrofluids are widely used in a variety of technical applications. They are used for vacuum sealing of rotating drive shafts, for heat transfer in loudspeakers, in printing, in sensitive devices etc. The most promising is the use of magnetic fluids in medical applications. They are used in nuclear magnetic resonance as a contrast agent, in drug delivery, in magnetic hyperthermia for cancer treatment etc.

SANS contrast variation experiments on organic magnetic fluids magnetite/myristic acid/benzene and magnetite/oleic acid/benzene confirmed good stability of such systems. No effect of aggregates on the scattering curves was revealed. The Guinier approximation was used to obtain the value of the apparent gyration radii at each contrast. From the approximation of the experimental dependence of the gyration radius on the contrast it was obtained that the size of particles of the magnetic fluid with myristic acid stabilization is twice less than the size of particles in case of oleic acid stabilization. This fact points to the different efficiency of the given surfactants as stabilizers of magnetic nanoparticles in ferrofluids.

SANS contrast variation experiments on water-based magnetic fluids revealed essential distinctions in their structural organization in comparison with the organic magnetic fluids. Water-based magnetic fluids are characterized by the existence of aggregates in them. The developed approach of basic functions in SANS contrast variation was used for data interpretation. It was obtained that the aggregates in magnetic fluid magnetite/lauric acid/water consist of particles which have stabilizing shell with the thickness ~3,5 nm. In case of myristic acid stabilization for such systems the aggregates are formed due to the incomplete coating of the magnetic nanoparticles with the molecules of the acid.

The contrast variation in SANS experiments on biocompatible magnetic fluid magnetite/sodium oleate/water mixed with polyethylene glycol revealed complicated structure of the given ferrofluid. Using the developed approach of basic functions in SANS contrast variation the basic functions of the given system were obtained. From the behavior of shape scattering basic function it was revealed that the system consists of two types of particles. They are fractal aggregates (size more than 120 nm) of magnetite nanoparticles coated with sodium oleate and micelles (radius about 2 nm) of free sodium oleate. The aggregates are assumed to be formed because of the substitution of sodium oleate in the initial ferrofluid with polyethylene glycol, which shows worse stabilizing properties with respect to nanomagnetite in water.

The experiments of SANS contrast variation on magnetic fluid with charge stabilization reveled almost homogeneous behavior of particles in ferrofluid. The effect of thin stabilizing layer of citrate molecules around maghemite particles is negligibly small. The initial part of each scattering curve was treated with the Guinier approximation which gave the experimental dependence of the apparent gyration radius on the contrast in the system. Using the theoretical expression for an apparent gyration radius through a contrast which was derived in the frames of the developed approach of basic functions the experimental data were approximated and the values of nuclear (13 nm) and magnetic (9 nm) radii of the particles in the ferrofluid were obtained. The results of SANS contrast variation together with the results of the experiments on small-angle scattering of polarized neutrons point to the fact that the difference in both sizes is the result of the significant influence of the Van der Waals interaction against the negligible interaction between magnetic moments of the particles for the studied volume fraction of maghemite in the fluid (~1%).

Key words: magnetic fluids, small-angle neutron scattering, contrast variation, basic functions approach.Размещено на Allbest.ru

...