Механизм образования и структура полимерных нанокомпозиций поливиниловый спирт–магнетит Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, Серия А, 2008, том 50, № 9, с. 1656-1664

КОМПОЗИТЫ

УДК 541.64:539(2+3)

МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ И СТРУКТУРА ПОЛИМЕРНЫХ НАНОКОМПОЗИЦИЙ ПОЛИВИНИЛОВЫЙ СПИРТ-МАГНЕТИТ

© 2008 г. А. В. Волков*, М. А. Москвина*, Ф. М. Спиридонов*, И. А. Волков**, А. Е. Варфоломеев***, А. Л. Волынский*, Н. Ф. Бакеев*

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова. Химический* и Физический факультеты** 119991 Москва, Ленинские горы ***Российский научный центр "Курчатовский институт" 123182 Москва, пл. Курчатова, 1 Поступила в редакцию 16.05.2007 г. Принята в печать 16.01.2008 г.

Исследовали механизм образования и структуру полимерных нанокомпозиций поливиниловый спирт-магнетит, полученных методом in situ реакцией щелочного гидролиза смеси хлоридов трехи двухвалентного железа в матрице химически сшитого геля поливинилового спирта. Нанофаза магнитного компонента формируется по механизму критического зародышеобразования.

Формирование крупных частиц (20-60 нм) происходит в агрегатах, образуемых мелкими (35 нм) частицами. Наиболее вероятным механизмом укрупнения частиц является процесс изотермической перегонки, сущность которого заключается в увеличении растворимости частиц при уменьшении их размера. Для успешного протекания процесса изотермической перегонки реакционная среда должна удовлетворять следующим требованиям: высокому содержанию депротони-рованных гидроксильных групп поливинилового спирта и достаточно низкой микровязкости. Миграция ионов железа в реакционной среде осуществляется по макромолекулярной цепочке с участием этих групп от мелких частиц к более крупным. Первое условие определяется уровнем рН и морфологией полимерной матрицы, второе -содержанием поливинилового спирта и температурой. Магнитная нанофаза представляет собой ансамбль однодоменных частиц. Частицы размером менее 20-25 нм монокристалличны, крупные частицы - поликристаллы. Коэрцитивная сила HC и намагниченность насыщения MS нанофазы Fe3O4 снижаются соответственно с 60 х 10-4 до 6 х 10-4 Тл и с 80 до 65 Ам2/кг при уменьшении среднего размера частиц с 30-40 до 4-6 нм.

E-mail: [email protected] (Волков Александр Васильевич).

Разработка методов синтеза полимерных на-нокомпозиций с магнитным компонентом, исследование механизма образования и стабилизации магнитной нанофазы в объеме полимерной матрицы, изучение структуры таких систем имеет большое научное и практическое значение как для получения новой информации об особенностях магнитных свойств вещества в наносостоя-нии (влияние размерного фактора, состояния поверхности, межкластерных взаимодействий на магнитные свойства [1-5]), так и в прикладном плане для создания новых чувствительных магнитных сенсоров [6] и пленочных носителей для устройств памяти со сверхплотной магнитной записью [7]. В настоящей работе исследуются полимерные нанокомпозиции на основе ПВС, содержащего в качестве магнитного компонента нано-фазу магнетита (Fe3O4).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Пленочные полимерные нанокомпозиции с Fe3O4 получали методом in situ путем проведения реакции щелочного гидролиза смеси солей трехи двухвалентного железа в матрице химически сшитого геля ПВС [8]. Синтез нанокомпозиций осуществляли следующим образом. К кислому (pH ~ 1) водному раствору ПВС, содержащему смесь хлоридов трех- и двухвалентного железа в мольном отношении, равном двум, добавляли

1656

водный раствор сшивающего агента - глутарово-го альдегида в количестве, соответствующем 5%-ной сшивке макромолекул ПВС. Через 0.5-1 ч раствор застудневал по всему объему с образованием прозрачного геля, окрашенного солями железа в желто-коричневый цвет. Использовали два варианта синтеза нанофазы Ре304 в объеме полученного геля. В соответствии с первым вариантом сформированный гель, содержащий 4 мас. % ПВС (по отношению к суммарной массе ПВС и воды), обрабатывали в чашке Петри раствором щелочи (Ка0Н). Второй вариант предусматривал высушивание геля ПВС с солями железа при комнатной температуре. Образующуюся прозрачную пленку отделяли от чашки Петри и обрабатывали в растворе щелочи. Содержание ПВС в такой пленке при формировании нанофазы магнетита составляет величину, превышающую концентрацию полимера в образце при равновесной степени набухания (~50 мас. %), поскольку синтез Бе304 начинается гораздо раньше достижения равновесной степени набухания полимерной матрицы.

Обработка щелочью в обоих случаях приводила к быстрому окрашиванию полимерного геля в черный цвет вследствие образования в его объеме нанофазы Ре304. Синтез магнетита проводили при комнатной температуре с использованием 5 и 10 М раствора КаОН. Время выдержки образца в щелочной среде (время реакции) составляло в стандартном варианте 24 ч. Исследовали образцы (пленки толщиной ~100 мк), содержащие 15 об. % магнетита. Случаи, в которых условия формирования нанофазы магнетита (концентрация щелочи, время, температура реакции) и содержание Бе304 в образце отличались от указанных выше значений, отмечены специально. После выдержки образцов в щелочной среде их промывали в дистиллированной воде в течение нескольких часов до нейтральной реакции и сушили до постоянной массы при комнатной температуре.

Для выяснения влияния присутствия ПВС в реакционной среде на структуру нанофазы Ре304 проводили синтез магнитной жидкости - коллоидного раствора Ре304. Коллоидный раствор Бе304 получали по методу Массарта [9] реакцией щелочного гидролиза (Ка0Н или КН40Н) смеси хлоридов двух- и трехвалентного железа, взятых в мольном отношении Бе3+ : Бе2+ = 2. Выпавший черный осадок Ре304 отделяли от раствора декан-

тацией, после чего приливали к нему 2 M хлорную кислоту (HClO4). После отстаивания жидкость сливали с осадка. Полученный осадок растворяли в воде с образованием прозрачного ярко окрашенного в красно-коричневый цвет коллоидного раствора Fe3O4 (pH результирующего раствора ~2).

Электронно-микроскопические снимки

(ПЭМ-снимки) получали с использованием просвечивающего электронного микроскопа "LEO 912AB OMEGA" фирмы "Zeiss" (анализ тонких срезов при исследовании пленочных нанокомпо-зиций и сухого остатка после испарения жидкой фазы - в случае магнитной жидкости). Рентгеновские дифрактограммы регистрировали на ди-фрактометрах Rigaku "Geigerflex D/max-RC" (источник CuKa с вращающимся анодом мощностью 12 кВт, X = 0.15418 нм) и ДРОН 3М (источник CoKa, X = 0.1789 нм). Средний размер кристаллитов Fe3O4 определяли стандартным способом по известной формуле Дебая-Шеррера из полуширины наиболее интенсивного рентгеновского рефлекса при 29 ~ 35° (X = 0.15418 нм) или ~41.4° (X = 0.1789 нм). Съемку кривых намагничивания (кривые зависимости намагниченности композиции M от напряженности магнитного поля H) осуществляли с помощью вибрационного магнитометра PARC-155 фирмы "Princepton Applied Research Corporation" в диапазоне H < 0.45 Тл. Для получения кривых намагничивания нанофазы Fe3O4 проводили пересчет соответствующих экспериментальных кривых для нанокомпозиций с учетом содержания дисперсного компонента в образце. Намагниченность насыщения MS рассчитывали, экстраполируя зависимости намагниченности от величины обратного поля (1/H) на ось ординат в области изменения H = 0.1-0.45 Тл [10]. При этом искомую зависимость аппроксимировали степенным полиномом. В работе использовали ПВС с M = 1.3 х 105 и степенью гидролиза 99.3 мол. %.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Структура полимерных нанокомпозиций с неорганическим компонентом (в частности ПВС-Fe3O4) и прежде всего средний размер частиц и характер распределения частиц по размерам определяются механизмом образования магнитной нанофазы и конкретными условиями процесса ее формирования. Выяснение влияния условий фор-

Рис. 1. ПЭМ-снимки и электронограммы нанокомпозиций ПВС-Без04, полученных в геле с содержанием полимера более ~50 (а) и 4 мас. % (б) при использовании 10 М МаОИ.

I, отн. ед. 6

20

40

60

80

20, град

Рис. 2. Рентгеновские дифрактограммы нанокомпозиций ПВС-Без04, полученных в геле с содержанием полимера более ~50 (7) и 4 мас. % (2) при использовании 10 М МаОИ.

4

2

0

мирования нанофазы на структуру нанокомпозиций необходимо для изучения механизма образования таких систем. В настоящей работе исследовали влияние ряда факторов (содержание полимера в реакционной среде, концентрация щелочи, температура, время реакции) на размер частиц магнитной нанофазы.

Рисунки 1 (ПЭМ-снимки) и 2 (рентгеновские дифрактограммы) иллюстрируют влияние кон-

центрации ПВС в реакционной среде на размер частиц Ре304. Анализ данных, приведенных на рис. 1 и 2, позволяет сделать следующие выводы о структуре нанокомпозиций, сформированных в реакционной среде с разным содержанием ПВС. При высокой концентрации полимера в реакционной среде (более ~50 мас. % ПВС) образуются достаточно мелкие (5-6 нм) частицы магнетита. При снижении количества ПВС в полимерном геле до 4 мас. % размер частиц Бе304 резко

(в 5-10 раз) возрастает. При этом для структуры формирующейся нанофазы характерна бимо-дальность (мелкие сферические частицы зародышей ~2-4 нм и крупные размером 20-60 нм). Вид электронограмм соответствует структуре образующихся нанокомпозиций - наличие точечных рефлексов для образца, содержащего крупные частицы магнетита, и кольца с равномерным распределением интенсивности в случае образца с мелкокристаллической структурой. Размеры кристаллитов Ре304, определенные из полуширины рентгеновского рефлекса и электронно-микроскопических снимков для нанокомпозиций, сформированных в среде с высоким содержанием ПВС, хорошо согласуются друг с другом (соответственно 4.5-5 и 4-6 нм).

Для нанокомпозиций, сформированных в полимерном геле с низкой концентрацией ПВС, средний размер кристаллитов по данным рентгеновской дифракции (20-25 нм) в 2-2.5 раза меньше размера, полученного из ПЭМ-снимков для частиц крупной фракции (20-60 нм). Таким образом, частицы магнетита размером меньше 2025 нм монокристалличны, крупнее ~40 нм (удвоенное значение среднего размера кристаллита) -поликристалличны; в диапазоне 25-40 нм присутствуют, по-видимому, как моно-, так и поликристаллические частицы. Магнитная нанофаза представляет собой ансамбль однодоменных частиц, поскольку их диаметр намного меньше критического размера однодоменности для Ре304, который по одним данным составляет 126 [2], по другим - 80 нм [1].

Магнитные свойства нанокомпозиций, содержащих мелкие и крупные частицы, различны. Анализ кривых намагничивания образцов, ПЭМ-снимки которых представлены на рис. 1, свидетельствует о том, что коэрцитивная сила Нс и намагниченность насыщения М8 нанофазы Ре304 снижаются соответственно с 60 х 10-4 до 6 х 10-4 Тл и с 80 до 65 Ам2/кг при уменьшении среднего размера частиц с 30-40 до 4-6 нм (рис. 3). Снижение Нс объясняется переходом нанофазы из ферромагнитного состояния в суперпарамагнитное, которое характерно для частиц малого диаметра [1-3]. Снижение М8 при уменьшении размера частиц обусловлено поверхностным вкладом в намагниченность насыщения. При этом значение М8 для нанофазы магнетита всегда меньше соответству-

ющего значения для массивного состояния -92 Ам2/кг [1].

Для исследования механизма образования магнитной нанофазы большое значение имеют данные по размеру частиц на разных этапах формирования этой фазы. На рис. 16 и 4 приведены ПЭМ-снимки нанокомпозиций, отвечающие двум разным временам (соответственно 24 и 0.5 ч) протекания реакции щелочного гидролиза солей железа в полимерной матрице с низким (4 мас. %) содержанием ПВС. Как видно, на первой стадии образуются только мелкие зародыши новой фазы (~2-4 нм). Крупные частицы формируются, по-видимому, только через несколько часов. Через 24 ч процесс формирования крупных частиц в основном завершается, поскольку увеличение времени выдержки полимерного геля в щелочной среде до 10 суток приводит лишь к более совершенной их огранке (рис. 5). Следует отметить однако, что бимодальное распределение при этом сохраняется, т.е. не все мелкие частицы даже при такой длительной выдержке в реакционной среде переходят в крупные.

Сравнение ПЭМ-снимков образцов, полученных при использовании 10 и 5 М Ка0Н, свидетельствует о том, что при уменьшении рН реакционной среды резко падает содержание крупных частиц в структуре нанокомпозиции.

Понижение температуры, при которой формируется нанофаза магнетита, с 20 до ~3-5°С вызывает сильное уширение дифракционного пика Ре304, т.е. резкое уменьшение размера кристаллитов Ре304 с 25 (рис. 2, кривая 2) до 3-5 нм (рис. 6).

Для выяснения влияния присутствия ПВС в реакционной среде на структуру нанофазы Ре304 проводили сравнение размера частиц, формирующихся в полимерном геле и в водной среде, не содержащей ПВС. При этом условия проведения реакции (порядок смешивания реагентов, концентрация щелочи, время выдержки в реакционной среде и температура) были одинаковы в обоих случаях. Оказалось, что в магнитной жидкости, при синтезе которой полимер в реакционной среде отсутствовал, диаметр частиц не превышает 10-12 нм, т.е. крупные частицы размером 2060 нм без ПВС не образуются (рис. 7).

Намагниченность Рез04, Ам2/кг

-40 -

-0.10

-0.05

0.05 0.10

Магнитное поле, Тл

Рис. 3. Кривые намагничивания нанофазы магнетита в нанокомпозициях ПВС-Без04, полученных в геле с содержанием полимера более ~50 (а) и 4 мас. % (б) при использовании 10 М МаОИ.

Таким образом, условия, при которых формируются крупные (более 20 нм) частицы Ре304, можно сформулировать следующим образом: наличие ПВС в реакционной среде, невысокое содержание в ней полимера (4 мас. %), достаточно высокий уровень рН (10 М МаОИ) и температура, близкая к комнатной.

Каков же механизм формирования нанофазы магнетита? Возникновение мелких частиц магнетита на первой стадии формирования неорганического компонента (рис. 4) можно связать с процессом критического зародышеобразования. Формирование новой фазы через стадию образо-

вания критического зародыша предполагает уменьшение размера частиц с ростом степени пересыщения реакционной среды вследствие увеличения скорости зародышеобразования [11]. Резкое снижение размера кристаллитов Ре304 с 25 до 3-5 нм при уменьшении температуры реакционной среды с 20 до ~3-5°С, приводящем к росту степени пересыщения, соответствует предлагаемому механизму зарождения нанофазы магнетита в геле ПВС. Формирование нанофазы магнетита при синтезе магнитной жидкости в реакционной среде, не содержащей ПВС, также включает стадию образования критического за-

0

Рис. 4. ПЭМ-снимок нанокомпозиции ПВС-Бе304, полученной в геле с содержанием полимера 4 мас. % при использовании 10 М Ма0И. Время реакции 0.5 ч.

родыша. На это указывает сильное уменьшение размера частиц магнетита с ростом рН среды (при переходе от 0.7 М МИ40И к 13 М МИ40И диаметр частиц Ре304 снижается с 10-12 до 2-3 нм).

Рассмотрим теперь, какие процессы приводят к появлению крупных частиц Ре304. Формирование крупных частиц происходит после образования мелкодисперсной нанофазы и не является следствием роста зародышей (рис. 16). Отсутствие (или сведение к минимому) стадии роста зародышей подтверждается полным завершени-

Рис. 5. ПЭМ-снимок нанокомпозиции ПВС-Бе304, полученной в геле с содержанием полимера 4 мас. % при использовании 10 М Ма0И. Время выдержки в щелочной среде 10 суток.

ем процесса перехода ионов железа в магнетит уже за 30 мин пребывания композиции в щелочной среде (10 М Ма0И). Об этом можно судить по привесу образца, который за 30 мин уже достигает своего максимального значения. Наиболее вероятным механизмом укрупнения частиц, на наш взгляд, является процесс изотермической перегонки, сущность которого заключается в увеличении растворимости частиц при уменьшении их размера [11]. Следствие такой зависимости - диффузионный перенос вещества дисперсной фазы

20 40 60 80

20, град

Рис. 6. Рентгеновская дифрактограмма нанокомпозиции ПВС-Бе304, полученной при 3-5°С в геле с содержанием полимера 4 мас. % при использовании 10 М Ма0И.

от мелких частиц к частицам большего диаметра. Интенсивность процесса изотермической перегонки определяется скоростью миграции ионов железа в реакционной среде (количеством ионов железа, переходящих с одних частиц на другие в единицу времени).

Проанализируем, почему для формирования крупных частиц необходимы определенные усло-

-СИ2-СИ-СИ2-СИ-СИ2-СИ— О О- О-

ре+2(3)

вия (установленные в настоящей работе и изложенные выше) и соответствуют ли эти условия высокой скорости диффузии ионов железа в реакционной среде. Основное условие связано с наличием ПВС в реакционной среде с достаточно высоким уровнем рН. Механизм ускорения процесса изотермической перегонки под действием ПВС можно проиллюстрировать следующей схемой:

-СИ2-СИ-СИ2-СИ-СИ2-СИ-

О\ /° О-

ре+2(3)

- СИ2—СИ— СИ2—СИ—СИ2—СИ—

О- О\ /О

ре+2(3)

Согласно схеме, поверхностные атомы железа наночастиц Ре304 образуют ионно-ковалентные связи с депротонированными в условиях высокого уровня рН гидроксильными группами ПВС. Миграция ионов железа в реакционной среде осуществляется по макромолекулярной цепочке с

Щ • ф ф

.« »-«е *

«

* > < » < Л . .

1

* • ' \ •

' * А * ' - * ^ *

I ** ^ # ' • ^ ' '

-чЦ « к % * * ^

" * ' * \

• «

** <г *

*

* 6

> А*. 9 ; • * ■ ^ • • ' «

Л/1-**** * Ъ 'шУ' • ^

■ * * ^ "

50 нм

V*. I1_1

Рис. 7. ПЭМ-снимок нанофазы Ре304, сформированной при синтезе магнитной жидкости в водной среде, не содержащей ПВС.

-СИ2-СИ-СИ2-СИ-СИ2-СИ— 2 I 2 I 2 I

О- О- О

ре+2(3)

участием этих групп от мелких частиц к более крупным благодаря более высокой растворимости мелких. Энергия активации такого процесса должна быть намного меньше энергии связи ионов железа с депротонированными гидроксильными группами ПВС, поскольку в переходном состоянии при образовании новой связи старая некоторое время еще сохраняется. Процесс изотермической перегонки в среде, не содержащей ПВС, при высоком уровне рН (10 М МаОИ) также может протекать. Однако интенсивность его резко снижена, поскольку крупных частиц более 20 нм не образуется. Наблюдается лишь умеренный рост диаметра частиц с 2-3 до 5-7 нм при увеличении концентрации МаОИ с 0.7 до 10 моль/л. Образование крупных частиц при переходе от 5 М к 10 М МаОИ объясняется повышением концентрации депротонированных гидрок-сильных групп ПВС при увеличении рН реакционной среды, что, согласно приведенной схеме, облегчает миграцию ионов железа по макромолекулярной цепочке ПВС.

Присутствие лишь мелких частиц в наноком-позициях, полученных на основе геля ПВС с высокой концентрацией полимера (более ~50 мас. %), также можно связать с содержанием депротонированных гидроксильных групп в структуре ис-

пользуемого в качестве реакционной среды полимерного геля. Невысокое содержание депротони-рованных гидроксильных групп в данном случае обусловлено частичной кристаллизацией ПВС с образованием плотной сетки водородных связей в структуре полимера после высушивания полимерного геля с солями железа. Последующая обработка такой композиции в щелочной среде даже при высоком уровне рН (10 М МаОИ) не может привести к появлению достаточного для протекания процесса изотермической перегонки количества депротонированных гидроксильных групп. Другим фактором, препятствующим протеканию процесса изотермической перегонки, в рассматриваемом случае является высокая микровязкость реакционной среды с большим содержанием полимерного компонента. Рост микровязкости среды с понижением температуры, на наш взгляд, является также причиной наличия лишь очень мелких кристаллитов Ре304 в нанокомпози-циях, полученных при 3-5°С.

Формирование крупных частиц происходит, по-видимому, в агрегатах, образуемых мелкими частицами, синтез которых протекает на начальной стадии процесса получения неорганической нанофазы. Такие агрегаты хорошо видны на электронно-микроскопическом снимке наноком-позиции с содержанием дисперсного компонента 5 об. %, полученной при использовании 2 М МаОИ (рис. 8). Существует, вероятно, какая-то минимальная степень агрегации, с которой процесс изотермической перегонки приводит к образованию крупных частиц. Именно этим можно объяснить тот факт, что мелкие частицы не переходят полностью в крупные даже при выдержке образца в реакционной среде (10 М МаОИ) в течение 10 суток (рис. 5). В агрегатах, размер которых меньше некоторого определенного (критического) размера, процесс изотермической перегонки не успевает пройти, так как время жизни частиц в агрегате остается меньше характеристического времени изотермической перегонки (величина, обратная константе скорости этого процесса).

Следует подчеркнуть, что в воздушно-сухих пленочных нанокомпозициях, полученных в полимерном геле с низкой микровязкостью (4 мас. % ПВС), процесс изотермической перегонки, ведущий к укрупнению частиц, также имеет место, но скорость его крайне низка. По данным рентгеновской дифракции размер частиц Ре304 в нано-

Г

V ;

200 нм

Рис. 8. ПЭМ-снимок нанокомпозиции ПВС-5 об. % Ре304, полученной в геле с содержанием полимера 4 мас. % при использовании 2 М №0И.

композициях такого типа при выдержке их на воздухе в течение 1-2 лет увеличивается с 3-5 до 25 нм. Нанокомпозиции, сформированные в полимерной среде с высоким содержанием ПВС (более ~50 мас. %), стабильны, размер частиц в них при длительном хранении не меняется (4-

5 нм). Наблюдаемое различие в поведении нанокомпозиций с высокой и низкой микровязкостью обусловлено неодинаковой морфологией полимерной матрицы в образцах, полученных с использованием двух разных вариантов формирования нанофазы. Вариант, в соответствии с которым полимерный гель с солями железа претерпевает стадию сушки перед щелочной обработкой (реакционная среда с высокой микровязкостью), приводит к появлению плотной полимерной оболочки вокруг наночастиц магнетита. Эта оболочка, структура которой определяется высокой плотностью водородных связей между ОН-группами ПВС, выполняет роль барьера для ионов железа, что тормозит процесс изотермической перегонки и способствует сохранению размера частиц магнетита на уровне 4-6 нм, близком к размеру зародышей.

Таким образом, процесс изотермической перегонки играет определяющую роль при формировании крупных частиц Ре304 в нанокомпозициях

на основе ПВС. Для успешного протекания процесса изотермической перегонки реакционная среда должна удовлетворять следующим двум основным требованиям - высокому содержанию де-протонированных гидроксильных групп ПВС и низкой микровязкости. Первое условие определяется уровнем рН и морфологией полимерной матрицы, второе - содержанием ПВС и температурой.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Губин СП., Кокшаров Ю.А. // Неорганич. материалы. 2002. Т. 38. № 11. С. 1287.

2. Суздалев И.П., Суздалев ПИ. // Успехи химии. 2001. Т. 70. № 3. С. 203.

3. Губин СП., Кокшаров Ю.А, Хомутов Г.Б., Юрков Г.Ю. // Успехи химии. 2005. Т. 74. № 6. С. 539.

4. Бронштейн Л.М., Сидоров СМ., Валецкий П.М. // Успехи химии. 2004. Т. 73. № 5. С. 542.

5. Leslie-Pelecky D.L, Rieke R.D. // Chem. Mater. 1996. V. 8. P. 1770.

6. Фролов Г.И. // Жури. техн. физики. 2001. Т. 71. № 12. С. 50.

7. Horikawa A., Yamaguchi K., Inoue M, Fujii T., Arai K.I. // Mater. Sci. Eng. A. 1996. V. 217/218. P. 348.

8. Волков А.В., Москвина М.А., Оленин А.В., Варфоломеев А.Е., Волынский А.В. Пат. 2224710. Россия. 2004.

9. Massart R. // IEEE Transaction on Magnetics. 1981. V. MAG-17. № 2. P. 1247.

10. Davies K.J, Wells S., Upadhyay R.V., Charles S.W., O'Grady K., El Hilo M, Meaz T, M0rup S. // J. Magn. Magn. Mater. 1995. V. 49. P. 14.

11. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.: МЕУ, 1982.

Mechanism of Formation and Structure of Polymer Nanocomposites Based

on Poly(vinyl alcohol) and Magnetite

A. V. Volkova, M. A. Moskvinaa, F. M. Spiridonova, I. A. Volkovb, A. E. Varfolomeevc, A. L. Volynskiia, and N. F. Bakeeva

a Faculty of Chemistry, Moscow State University, Leninskie gory, Moscow, 119991 Russia b Faculty of Physics, Moscow State University,

Leninskie gory, Moscow, 119991 Russia c Kurchatov Institute Russian Research Center, pl. Akademika Kurchatova 1, Moscow, 123182 Russia e-mail: [email protected]

Abstract—The mechanism of formation and structure of polymer nanocomposites based on poly(vinyl alcohol) and magnetite have been studied. The above nanocomposites are prepared by the in situ basic hydrolysis of a mixture of Fe(II) and Fe(III) chlorides in the matrix of a chemically crosslinked poly(vinyl alcohol) gel. The nanophase of the magnetic component is formed via the mechanism of critical nucleation.