Dynamische Eigenschaften magnetischer Nanopartikel in verschiedenen Matrixmaterialien

Magnetische Nanopartikel haben vielfältige Einsatzbereiche. Die Möglichkeit,
sie durch ein magnetisches Feld manipulieren und steuern zu können,
macht sie für industrielle, bioanalytische und medizinische Anwendungen
interessant. In diesen Gebieten sind die Partikel in der Regel in unterschiedlichsten
Matrixmaterialien, zum Beispiel in Polymeren, Gelen oder
Blut, suspendiert. Die gegenseitige Beeinflussung zwischen den Partikeln
und den sie umgebenden Medien ist für die Anwendung in diesen
Gebieten von großer Bedeutung. Dabei spielt neben der Größe, der Konzentration
und dem Material der Partikel sowie den Eigenschaften des sie umgebenden Mediums auch die Größe des angelegten magnetischen Feldes eine bedeutende Rolle. Dynamische magnetische Messmethoden bieten die Möglichkeit, die Partikel auch in undurchsichtigen Medien zu untersuchen, ohne äußere Kräfte auf die Medien auszuüben, wie das zum Beispiel bei makrorheologischen Untersuchungen der Fall ist.

In dieser Arbeit werden magnetische Nanopartikel mithilfe der AC-Suszeptometrie und der Magnetrelaxometrie in verschiedenen Matrixmaterialien untersucht. Anhand verschiedener theoretischer Modelle werden Rückschlüsse auf die lokalen rheologischen Eigenschaften, wie die dynamische Viskosität und das Schermodul, des umgebenden Mediums gezogen. Dabei wurden sowohl rein viskose als auch viskoelastische Medien verwendet. Bei den Partikelsystemen wurden das Material (zum Beispiel Fe2O3/Fe3O4 und CoFe2O4) und die äußere Form (Kugeln und Stäbe) variiert. Die angelegten Magnetfelder reichen von 90 μT bis zu 9mT. Die erhaltenen Ergebnisse wurden mit Berechnungen und makrorheologischen Vergleichsmessungen validiert.
Es kann gezeigt werden, dass sich besonders die AC-Suszeptometrie gut eignet, um die rheologischen Eigenschaften der Matrix, die die Partikel umgibt, zu bestimmen. Größere Magnetfelder beeinflussen wie die Matrixeigenschaften die Rotationsbewegung der magnetischen Nanopartikel und führen zu zusätzlichen Effekten in den Messergebnissen. Parametrische Messungen, zum Beispiel bei verschiedenen Temperaturen oder bei variierenden Amplituden des Magnetfeldes, können genutzt werden, um eine Trennung der verschiedenen Einflussgrößen zu erreichen.