6.10-сурет. Магнетиттің магнитті бөлшектерінің микросуреттері (а) сулы фазадан зольді тұндыру арқылы алынған, (б) тышқанның ми ұлпасындағы нанобөлшектердің магнитті-резонансты томографиясы
Бөлшектерді қыздыру магнетокалориялық эффект, яғни магнитті өріс кернеулігінің Н адиабатты өзгеруі кезіндегі магнетик температурасының өзгеруі есебінен жүзеге асады. Өрістің өзгеруімен dН шамасына магниттелу жұмысы А жасалады: A=JdH, мұндағы J - магниттелу. Термодинамиканың бірінші бастамасына сәйкес А=бQ - dU 6Q - магнетикке қатысты жылу мөлшері (ол адиабаттылық жағдайларында нөльге тен), dU -магнетикті ішкі энергиясының өзгерісі. Сонымен, бQ = 0 болғанда жұмыс ішкі энергиясының өзгерісі (А=-dU) есебінен ғана жүзеге асып, бұл магнетиктің өзіндік температурасының өзгеруіне әкеледі. Бөлшек магниттелуін арттырғанда оның қызуы, ал магнитсіздендіру кезінде салқындауы жүзеге асады. Магнитті наножүйелерді ауыспалы магнит өрісінде қыздыру жылудың жүйенің қайта магниттелуіне шығындалуына, яғни магнитті қасиеттер анизотропиясына байланысты. Пара- және суперпарамагнетиктер (магнитті гистерезисі жоқ) үшін қайта магниттелу энергиясы шығынынсыз жүзеге асады, яғни ауыспалы магнитті өріс заттың қызуын тудырмайды. Егер магнитті бөлшектер коэрцитивті күшке ие болса, қайта магниттелу кезінде энергияның бір бөлігі энергиялық кедергіден өтуге жұмсалады да, артынша затпен жылу түрінде ыдыратылады. Бұл жерде энергия шығыны W магнитті гистерезис ілмегінің ауданына S пропорционалды:
Ауыспалы магнитті өрісті көлем бірлігімен генерациялауының жылу мөлшері ауыспалы магнитті өріс жиілігіне тәуелді және келесі теңдеумен есептеледі:
Магнитті фазаның нанобөлшектердің көп еселік қайта магниттелуі есебінен қызуы қоршаған орта температурасын жасушаның тіршілік әрекетінің шекті температурасынан асатын температураға дейін қыздыруға мүмкіндік береді. Бірақ су фазасының жоғары жылу сыйымдылығы есебінен жасушалар қызуы біркелкі емес жүзеге асып, бұл сау жасушалардың ісік жасушаларымен қатар зақымдалуына әкеледі. Сөйтіп, локальді гипертермияның аса маңызды мақсаттарының бірі қыздырылатын ортаның жылу бөлуі мен термореттелуінің тиімді әдістерін табу болып табылады. Оны шешудің анағұрлым перспективті әдістерінің бірі 43-45С температурада фазалық ауысуды (парамагнетик- ферромагнетик немесе диэлектрик-металл) сынайтын наноқұрылымдарды қолдану болып табылады. Ферро- немесе феримагнитті реттелу температурасы (ферромагнетик үшін Кюри температурасы немесе ферримагнетик үшін Неель температурасы) 42-43%С-ге тең белсенді затты таңдау магнитті өрісте дәл белгілі бір температураға дейін қызатын өздігінен реттелетін жүйені жасауға мүмкіндік береді, қызып кету кезінде магнитті зат парамагнитті күйге ауысады (6.11-сурет). Мұндай жүйелердің бірі күміспен допирленген лантан манганитінің нанобөлшектері болып табылады
Достарыңызбен бөлісу: |