Studies on the Synthesis and Magnetic Properties of Cobalt Nanoparticles in the Polymer Film

Superparamagnetic properties of self-aggregated cobalt nanoparticles in the perfluorinated ion-exchange polymeric membrane (MF-4SK) prepared by ion-exchange and recovery methods were investigated by transmission electron microscopy (TEM) and superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometer at various temperatures. Our experimental results show that cobalt nanoparticles in MF-4SK for the concentration of $7.8{\times}10^{19}$ atoms per 1 g of polymer membrane exhibit superparamagnetic properties above the average blocking temperature ($T_{B}$), which is determined to be around 185 K at applied field of 500 Oe. The average particle radius of 4.0 nm achieved from Langevin function fit is in good agreement with TEM observations. This experimental evidence suggests that cobalt nanoparticles in polymer film obey a single domain theory. The results are discussed in the light of current theory for the superparamagnetic behavior of magnetic nanoparticles.

코발트 나노 입자가 도입된 초상자성 고분자 박막의 제조 및 자성 연구

고분자 재료인 이온교환수지 박막 안에서의 이온교환반응과 전기화학적 환원반응을 이용하여 코발트 나노 입자를 제조하였다. 코발트 나노 입자의 구조와 자기특성을 투과전자현미경과 초전도양자간섭기를 이용하여 고찰하였다. 투과전자현미경 결과로부터 고분자 박막(MF-4SK) 1 gram에 코발트가 $7.8{\times}10^{19}$ atoms 포함된 시편에서 코발트가 나노 크기로 입자를 형성하고 있음을 확인하였으며, 자기측정 결과로부터 코발트 나노 입자가 blocking temperature($T_{B}$) 이상에서 초상자성을 나타내는 것을 확인하였다. 온도에 따른 자화 측정 곡선으로부터 500 Oe 자기장 하에서 $T_{B}$가 대략 185 K인 결과를 얻었으며, 300 K에서의 자화곡선(M-H곡선) 결과를 이용하여 Langevin function fit하여 계산한 코발트 입자의 평균 반경은 4.0 nm로, 투과전자현미경으로 관찰한 크기와 일치하는 것을 확인하였다. 이 결과는 고분자 박막 내에서 코발트 나노 입자가 자성 단상(single domain) 구조를 이루고 있음을 보여주는 것으로, 강자성 나노 입자들의 초상자성 거동을 고찰하였다.