Knyazev, Yuriy V.;Balaev, Dmitry A.;Yaroslavtsev, Roman N.;Krasikov, Aleksandr A.;Velikanov, Dmitry A.;Mikhlin, Yuriy L.;Volochaev, Mikhail N.;Bayukov, Oleg A.;Stolyar, Sergei V.;Iskhakov, Rauf S.
Advances in nano research
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제12권6호
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pp.605-616
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2022
We prepared two samples of ultrafine ferrihydrite (FH) nanoparticle ensembles of quite a different origin. First is the biosynthesized sample (as a product of the vital activity of bacteria Klebsiella oxytoca (hereinafter marked as FH-bact) with a natural organic coating and negligible magnetic interparticle interactions. And the second one is the chemically synthesized ferrihydrite (hereinafter FH-chem) without any coating and high level of the interparticle interactions. The interparticle magnetic interactions have been tuned by modifying the nanoparticle surface in both samples. The coating of the FH-bact sample has been partially removed by annealing at 150℃ for 24 h (hereinafter FH-annealed). The FH-chem sample, vice versa, has been coated (1.0 g) with biocompatible polysaccharide (arabinogalactan) in an ultrasonic bath for 10 min (hereinafter FH-coated). The changes in the surface properties of nanoparticles have been controlled by XPS. According to the electron microscopy data, the modification of the nanoparticle surface does not drastically change the particle shape and size. A change in the average nanoparticle size in sample FH-annealed to 3.3 nm relative to the value in the other samples (2.6 nm) has only been observed. The estimated particle coating thickness is about 0.2-0.3 nm for samples FH-bact and FH-coated and 0.1 nm for sample FH-annealed. Mössbauer and magnetization measurements are definitely shown that the drastic change in the blocking temperature is caused by the interparticle interactions. The experimental temperature dependences of the hyperfine field hf>(T) for samples FH-bact and FH-coated have not revealed the effect of interparticle interactions. Otherwise, the interparticle interaction energy Eint estimated from the hf>(T) for samples FH-chem and FH-annealed has been found to be 121kB and 259kB, respectively.
Magnetic properties of magnetite ferrofluid are studied by measuring magnetic weights under different magnetic fields with a conventional electronic balance. Magnetite nanoparticles of 11 nm diameter are synthesized to make the ferrofluid. Magnetization calculated from the magnetic weight reveals the hysteresis and deviates from the Langevin function at high magnetic fields. Magnetic weight shifts instantaneously with magnetic field change by Neel and Brown mechanism. When high magnetic field is applied to the sample, slower change of magnetic weight is accompanied with the instantaneous shift via agglomeration of nanoparticles. The slow change of the magnetic weight shows the stretched exponential kinetics. The temporal change of the magnetic weight and the magnetization of the ferrofluid at high magnetic fields suggest that the superparamagnetic sample turns into superspin glass by strong magnetic interparticle interactions.
Equiatomic FePt and CoPt alloy thin films have received considerable attention as possible magnetic and magneto-optic recording because of their high magnetic anisotropy energy and high coercivity. The high coercivity in these thin films is due to the presence of finely dispersed ordered FePt phase mixed with disordered FePt phase. However, a high temperature treatment, either substrate heating during deposition or post annealing, is needed to obtain the ordered L1$\_$0/ phase with high value of magneto crystalline anisotropy. Recent microstructural studies on these films suggest that the average grain size ranges from 10-50 nm and the grains are magnetically coupled between each other. On the other hand, the ultrahigh-density magnetic recording media with low media noise imposes the need of a material, which consists of magnetically isolated grains with size below 10 nm. The magnetic grain isolation can be controlled by the amount of additional non-magnetic element in the system which determines the interparticle separation and therefore the interparticle interactions. Recently, much research work has been done on various non-magnetic matrices. Preliminary studies showed that the samples prepared in B$_2$O$_3$ and Carbon matrices have shown strong perpendicular anisotropy and fine grain size down to 4nm, which suggest these nanocomposite films are very promising and may lead to the realization of a magnetic medium capable of recording densities beyond 1 Tb/in$^2$. So, in this work, the effect of Carbon doping on the magnetic properties of FePt nanoparticles were investigated.
We examine rigorous computations on microstructural as well as rheological properties of concentrated dispersions of bidisperse colloids. The NVT Monte Carlo simulation is applied to obtain the radial distribution function for the concentrated system. The long-range electrostatic interactions between dissimilar spherical colloids are determined using the singularity method, which provides explicit solutions to the linearized electrostatic field. The increasing trend of osmotic pressure with increasing total particle concentration is reduced as the concentration ratio between large and small particles is increased. From the estimation of total structure factor, we observe the strong correlations developed between dissimilar spheres. As the particle concentration increases at a given ionic strength, the magnitude of the first peak in structure factors increases and also moves to higher wave number values. The increase of electrostatic interaction between same charged particles caused by the Debye screening effect provides an increase in both the osmotic pressure and the shear modulus. The higher volume fraction ratio providing larger interparticle spacing yields decreasing high frequency limit of the shear modulus, due to decreasing the particle interaction energy.
The permeate flux decline due to membrane fouling can be addressed using a variety of theoretical stand-points. Judicious selection of an appropriate theory is a key toward successful prediction of the permeate flux. The essential criterion f3r such a decision appears to be a detailed characterization of the feed solution and membrane properties. Modem theories are capable of accurately predicting several properties of colloidal systems that are important in membrane separation processes from fundamental information pertaining to the particle size, charge, and solution ionic strength. Based on such information, it is relatively straight-forward to determine the properties of the concentrated colloidal dispersion in a polarized layer or the cake layer properties. Incorporation of such information in the framework of the standard theories of membrane filtration, namely, the convective diffusion equation coupled with an appropriate permeate transport model, can lead to reasonably accurate prediction of the permeate flux due to colloidal fouling. The schematic of the essential approach has been delineated in Figure 5. The modern approaches based on appropriate cell models appear to predict the permeate flux behavior in crossflow membrane filtration processes quite accurately without invoking novel theoretical descriptions of particle back transport mechanisms or depending on adjust-able parameters. Such agreements have been observed for a wide range of particle size ranging from small proteins like BSA (diameter ${\~}$6 nm) to latex suspensions (diameter ${\~}1\;{\mu}m$). There we, however, several areas that need further exploration. Some of these include: 1) A clear mechanistic description of the cake formation mechanisms that clearly identifies the disorder to order transition point in different colloidal systems. 2) Determining the structure of a cake layer based on the interparticle and hydrodynamic interactions instead of assuming a fixed geometrical structure on the basis of cell models. 3) Performing well controlled experiments where the cake deposition mechanism can be observed for small colloidal particles (< $1\;{\mu}m$). 4) A clear mechanistic description of the critical operating conditions (for instance, critical pressure) which can minimize the propensity of colloidal membrane fluting. 5) Developing theoretical approaches to account for polydisperse systems that can render the models capable of handing realistic feed solutions typically encountered in diverse applications of membrane filtration.
Geonwoo Baek;Mohsen Saboktakin Rizi;Yeeun Lee;SungJae Jo;Joo-Hyun Choi;Soon-Jik Hong
한국분말재료학회지
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제30권1호
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pp.13-21
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2023
In additive manufacturing, the flowability of feedstock particles determines the quality of the parts that are affected by different parameters, including the chemistry and morphology of the powders and particle size distribution. In this study, the microstructures and flowabilities of gas-atomized heat-resistant alloys for additive manufacturing applications are investigated. A KHR45A alloy powder with a composition of Fe-30Cr-40Mn-1.8Nb (wt.%) is fabricated using gas atomization process. The microstructure and effect of powder chemistry and morphology on the flow behavior are investigated by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and revolution powder analysis. The results reveal the formation of spherical particles composed of single-phase FCC dendritic structures after gas atomization. SEM observations show variations in the microstructures of the powder particles with different size distributions. Elemental distribution maps, line scans, and high-resolution XPS results indicate the presence of a Si-rich oxide accompanied by Fe, Cr, and Nb metal oxides in the outer layer of the powders. The flowability behavior is found to be induced by the particle size distribution, which can be attributed to the interparticle interactions and friction of particles with different sizes.
굳지 않은 콘크리트의 유변특성은 콘크리트의 제조 및 성능에 중요한 영향을 미치지만, 새롭게 개발되는 배합과 제조 공법의 다양화로 인하여 기존의 경험적 방법으로는 유변특성의 정확한 예측에 어려움이 있다. 본 연구에서는 시멘트 입자와 같은 나노 수준에서의 입자간 상호작용부터 잔골재와 같은 마이크로 수준에서의 유변학적 성질을 정량적으로 예측하기 위하여 멀티스케일 기법을 적용한 유변특성 예측 모델을 제안하였으며, 시멘트 페이스트의 항복응력, 모르타르의 항복응력 및 소성점도를 예측하기 위하여 YODEL(Yield stress mODEL), Chateau-Ovarlez-Trung 방정식 및 Krieger-Dougherty 방정식을 적용하였다. 일차적으로 시멘트 페이스트의 물-시멘트비(W/C)를 기준으로 하여 페이스트 스케일의 유변특성을 예측하였으며, 예측 결과를 토대로 동일한 W/C에 시멘트-잔골재 부피비(C/S)를 추가한 모르타르 스케일의 유변특성의 예측을 진행하였다. 시멘트 모르타르에 대한 유변특성 실험을 통하여 예측 결과와 실험 결과의 비교를 진행함으로써 예측 모델의 적용 가능성을 평가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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