Solution Synthesis of Gadolinium Nanoparticles

Abstract

Gadolinium nanoparticles have been produced at subambient temperature by alkalide reduction. The nanoparticles display maxima in the temperature dependence of their magnetization, cooled in the absence of an applied external field, at T(max) of 5.0 and 17.5 K for unheated samples and samples annealed at 1000 degrees C for 4 h, respectively. Field cooled behavior deviates at temperatures slightly above T(max), increasing at lower temperature. Curie-Weiss law fits of the high-temperature data yield magnetic moments in close agreement with those expected for noninteracting Gd(3+) ions, suggesting that the behavior seen is due to a magnetic transition rather than superparamagnetism. Magnetization is linearly dependent on field at temperatures higher than 7-8 times T(max) and shows remanence-free hysteresis at lower temperature, suggesting metamagnetism. Some annealed samples show evidence of additional ferromagnetic interactions below approximately 170 K. Magnetic entropy curves generated from magnetization data are consistent with that expected for a paramagnet.

Magnetic entropy change in bulk nanocrystalline Gd metals

“…Considerable investigations indicate that the nanostructured materials are very promising candidates for potential application in the magnetic refrigeration (Zhang et al 2001;Tanaka et al 2001;Hueso et al 2002;Provenzanoa et al 2003;Shir et al 2003;Kinoshita et al 2004;Evangelisti et al 2005;Poddar et al 2006;Gómez-Polo et al 2007;Ma et al 2007;Baldomir et al 2007;Franco et al 2007;škorvánek et al 2007;Poddar et al 2007;Biswas et al 2008;Franco et al 2008;Gorsse et al 2008;Li 2008;Gass et al 2008;Lu et al 2008;Santanna et al 2008;Serantes et al 2008;Pekała and Drozd 2008;Juan and Gui 2009;Gorria et al 2009;Phan et al 2009;Babita et al 2009;Calderon-Ortiz et al 2009;Das et al 2009;Phan et al 2010;Burianova et al 2010;Nelson et al 2002). However, up to now, not much effort has been devoted to the rare earth bulk nanocrystalline metals.…”

Магнетизм наночастиц гадолиния вблизи T-=SUB=-c-=/SUB=-

“…Крупные частицы сохраняли ГПУ фазу, имели примесь ГЦК1 фазы, доля которой росла с уменьшением размера частиц, и при Tc = 293 K у них происходил магнитный переход. Примесь O 2 не повлияла на их структуру, но уменьшила намагниченность σ и магнитную проницаемость µ. Экспери-ментально подтвержден ориентационный переход в поликристаллическом гадолинии при инициировании его магнитным полем H. У частиц Gd размером менее 63 nm, магнитная структура которых близка к однодоменной, ориентационный переход происходил вблизи Tc без влияния H. Введение В последние годы в связи c расширением областей использования магнитных наночастиц в технике [1,2] и в медицине [3] возникла необходимость в более детальном изучении их свойств [4][5][6][7][8][9][10][11][12]. Особый интерес сейчас проявляют к наночастицам Gd, который используется в медицине как контрастирующий агент, в том числе в магнитно-резонансной томографии [3,13,14].…”

State of Art on Bioimaging by Nanoparticles in Hyperthermia and Thermometry: Visualization of Tissue Protein Targeting

“…However, saturation magnetization of the particles was decreased with increased Gd proportion. The initial increase in the saturation magnetization can be speculated that the Gd 3+ ions have a large spin magnetic moment per atom (7 B) as compared to that of Fe 3+ ion (5 B) [93][94][95].…”