Assembly of magnetic nanoparticles into higher structures on patterned magnetic beads under influence of magnetic field

Abstract

Nanoparçacıkların (NP) kontrollü olarak daha büyük yapılara derlenmelerinin NP'lerin özgün özelliklerinin yararları açısından büyük önemi vardır. Ayrıca manyetik nanoparçacıklar da, Fe3O4, (MNPs) özgün özellikler göstermekle birlikte manyetik alan etkisi altında hareket ettirilebilirler. Dolayısıyla daha büyük yapılar oluşturmak için MNP'ler kullanılmıştır ve harici manyetik alan varlığında idare edilmiştir. Bu çalışmada, ortalama boyutları 6 nm olan MNP'lerin sentezinden sonra, alt örüntünün ve MNP'lerin süspanse edildikleri çözücünün etkisi araştırılmıştır. Kompakt diskler (CD), manyetik boncuklarla birlikte örüntülü yüzeyler oluşturmak için kullanılmışlardır. Harici manyetik alan uygulandığında, manyetik nanoparçacıkların polimer matriksine sokularak oluşturulmuş manyetik boncuklar, manyetik alan şiddetini artırırlar ve böylece çözücü üzerine etki eden manyetik kuvveti artırırlar. Çözücü üzerindeki manyetik kuvvet artışı MNP'lerin çözücü buharlaşması sırasında hizalanma yeteneklerine izin verir. Farklı örüntüler ve farklı çözücüler başarı ile çalışılmış olup hem manyetik alan varlığında hem de yokluğunda test edilmiştir. MNP'lerin süspanse edildikleri çözücünün buharlaşmasıyla, sadece manyetik boncuklarla oluşturulmuş örüntülü yüzeylerde özgün mikrometre boyutlarında yapıların elde edildiği bulunmuştur. İlk sonuçlar buharlaşma hızı ile manyetik alanın birleşmiş etkisinin NP'lerin yüzeyler ve arayüzler üzerinde daha büyük yapılar meydana getirmesine yardımcı olabileceğini göstermektedir. Bu çalışma bilim ve fenin çoğu alanında kullanılan MNP'lerden örüntülü ve yenilenebilir yüzeylerin hazırlanması için yeni ve basit bir yaklaşım sunabilir.

The self-assembly of nanoparticles (NPs) into higher organizations in a controlled manner has critical importance for the utility of the unique properties of NPs. Magnetic nanoparticles, Fe3O4, (MNPs) also show unique properties and can be manipulated under the influence of a magnetic field. Therefore, in order to build higher structures MNPs are used and manipulated in the presence of an external magnetic field. In this study, after the synthesis of MNPs with an average size of 6 nm, the influence of template and solvent which MNPs were suspended in, are investigated on the controlled assembly of MNPs on various surfaces by drop casting. Compact Discs (CD) are used as the template to create patterned surfaces with magnetic beads. When an external magnetic field is applied, magnetic beads which are magnetic nanoparticles embedded in a polymer matrix, exaggerate the magnetic field gradient and therefore increase the magnetic force acting on the solvent allowing the ability to align the MNPs during solvent evaporation. Different templates and different solvents are successfully used and tested in both absence and presence of magnetic field. It is found that upon evaporation of the solvent where the MNPs are suspended, formation of unique micrometer sized structures is achieved only when there is a patterned surface constructed from sub-micrometer size magnetic beads in between the applied magnetic field and MNPs. The preliminary results indicate that the combined effect of magnetic field and evaporation rate might help the control of NP behavior on surfaces and interfaces to construct higher structures. This work may offer a new and simple approach for preparation of patterned and renewable surfaces, constructed from MNPs, which find use in many fields of science and technology.