Clusters of Self-Assembled Magnetic Nanoparticles
Agrégats de nanoparticules magnétiques auto-assemblées
Résumé
Magnetic nanoparticles (MNPs) made of iron oxides are used as main components to obtain magnetic nanosized aggregates dispersed in aqueous media, either by tuning the interparticle interaction potential or by using semi-adsorbing copolymers.
– Clusters of MNP’s are obtained by solely adjusting the interparticle potential. The ionic strength and the pH of the aqueous carrier tune the screening Debye length and the surface charge of the nanoparticles. These dispersions present ageing properties and evolve towards thixotropic gels.
– Composite nanoclusters are then obtained by electrostatic complexation with a cationic-neutral copolymer PTEA-PAM. They are stable with a tunable size and a coreshell structure. A polymer brush, providing the clusters with a steric interaction and driving their finite size, surrounds the compact structure of MNP’s. Under static magnetic field, elongated nanorods are produced with a length ranging between a few microns and roughly 50 mm.
– The core-shell structure is investigated by several techniques : TEM gives us the cluster morphology, Small Angle X-rays and Neutrons Scattering allow to probe the MNP’s organisation inside the core structure, Static Light Scattering is used to study stoichiometry of the MNPs and copolymers complexation, while Dynamic Light Scattering gives a hydrodynamical estimation of the external shell of the clusters. We focus on the magnetic properties of the clusters by combining magnetization measurements and magneto-induced birefringence. The behaviour of nanorods under time-dependent magnetic fields is finally investigated by optical microscopy.
Des nanoparticules magnétiques (NPM) de ferrite sont ici assemblées en petits agrégats nanométriques dispersés en milieu aqueux en jouant sur le potentiel d’interaction entre particules ou à l’aide de copolymères partiellement adsorbants.
– Dans un premier temps, des agrégats de NPM seules sont obtenus en intervenant uniquement sur le potentiel d’interaction entre NPM, en modulant la force ionique et le pH du milieu, soit la longueur d’écran de Debye et les charges de surface. Les dispersions obtenues évoluent dans le temps vers des gels thixotropes.
– Des agrégats composites sont ensuite obtenus par complexation électrostatique avec un copolymère de PTEA-PAM partiellement adsorbant. Deux voies de synthèse ont étés explorées, la première par mélange direct et la seconde, réalisée en trois temps, par ajout de sel puis mélange et enfin dialyse. Selon la voie choisie, les objets obtenus, stables en solution, forment des objets fractals ou denses, formés d’un coeur magnétique et d’une
couronne externe de polymère assurant une répulsion stérique et limitant leur taille. Une complexation sous champ magnétique statique permet l’élaboration de bâtonnets composites aux fortes propriétés magnétiques et de longueurs allant de quelques microns à environ
50 mm.
– Différentes techniques sont utilisées : la MET pour la morphologie des agrégats, la diffusion de rayons X et de neutrons aux petits angles pour sonder l’organisation des NPM au sein des agrégats, la SLS pour déterminer la stoechiométrie de la complexation, la DLS pour les mesures de tailles hydrodynamiques quantifiant le volume des couronnes externes. Les propriétés magnétiques des agrégats sont sondées par des mesures d’aimantation et des mesures statiques et dynamiques de biréfringence magnéto-optique. Les comportements sous champ dépendant du temps des bâtonnets composites sont aussi testés en microscopie optique.
