계층 구조 Fe₃O₄ MR 입자 (HS-Fe₃O₄)

고성능 자기유변(MR) 유체의 분산상으로 사용되는 전기분무 방식으로 제조된 순수 산화철 계층형 이차 구형 입자 (see Choi et al., ACS Appl. Nano Mater. (2020)). 구연산으로 표면 캡핑된 1차 Fe₃O₄ 나노입자가 전기분무 과정에서 용매 증발 시 자기 압축되어 다공성 이차 구형 입자를 형성하며, 고분자 또는 바인더 첨가제를 일절 사용하지 않는다.

구조 및 조성

• 1차 입자: 11.7 ± 2.8 nm (TEM); 이차 구형 입자: 356 ± 72 nm (SEM) (see Choi et al., ACS Appl. Nano Mater. (2020), Figs. 2–3a, p. 10933).
• 밀도 3.32 g/cm³ — 캡핑된 Fe₃O₄ (4.29 g/cm³) 대비 23% 감소 — 입자 간 기공이 공기로 채워져 질량 기여가 무시할 수 있는 수준이기 때문 (He 기체 치환 비중 측정법).
• 포화 자화값 Ms = 70 emu/g (VSM), 캡핑된 Fe₃O₄의 73 emu/g 대비 (~4% 감소); 초상자성, 좁은 히스테리시스, 낮은 보자력 (Fig. 3a).

중요성

순수 산화철 기공 구조는 입자 밀도를 낮추어 침강 안정성을 향상시키는 동시에 자성 상을 보존한다 — 이는 밀도 저감을 위해 Ms를 희석시키는 고분자/Fe₃O₄ 복합체와 구별되는 특징이다. 합성 원리: density-reduction-by-hierarchical-pore-formation.

관계

density-reduction-by-hierarchical-pore-formation을 통해 MR-yield-stress-HS-Fe₃O₄를 발현한다. 퍼멀로이 자기 소용돌이 연구 (Kim et al., Appl. Phys. Lett. (2014), paper_045)와 함께 비주류 자성 나노입자 클러스터에 위치하며, 두 연구 모두 K. T. Nam이 기여자로 참여하였다.