Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1) Были проведены работы по созданию моделей машинного обучения для предсказания свойств магнитных наночастиц. В качестве направления были выбраны наночастицы с обменным смещением, обладающие высоким потенциалом для создания высокоэффективных магнитоэлектрических наночастиц. Для этого мы создали базу данных, содержащая 1400 записей, описывающих структурные параметры частиц, включая металлы, легированные оксиды, сложные оксиды, интерметаллические соединения и структуры с ядром и оболочкой, использовали 37 декскрипторов наноматериалов с обменным смещением. В качестве целевых переменных для предсказаний были использована коэрцитивная сила и поле смещения. Модель Bagging оказалась наиболее подходящей для предсказания коэрцитивной силы, с тестовыми метриками R² = 0,73 и RMSE = 0,25, демонстрируя наибольшую стабильность и общую производительность. Модель XGB показала хорошие результаты при предсказании обменного смещения, достигнув RMSE в 0,26 при 5-кратной кросс-валидации и Q² = 0,75, с тестовым RMSE 0,24 и R² 0,74. В качестве дополнительной проверки мы также проанализировали температурную зависимость обменного смещения, показавшая хорошее соответствие с литературными данными. 2) Были получен набор магнитоэлектрический нанокомпозитов с различным магнитным поведением для получения магнитоэлектрических композитов с разными магнитными интерфейсами. В этом контексте мы создавали наночастицы типа ядро-оболочка-оболочка, состоящие из магнитомягких-магнитотвердых-пьезоэлектрических материалов – BaFe12O19@CoFe2O4@FeBiO3, а также продолжили исследование BaFe12O19@FeBiO3 и CoFe2O4@FeBiO3, полученных в предыдущем отчетном периоде. Результаты РФА показали соответствие пиков рентгенограммы к фазам BaFe12O19 и CoFe2O4, в тоже время получение нанокомпозитов BaFe12O19@CoFe2O4 также показало совместное нахождение пиков BaFe12O19 и CoFe2O4. Исследование магнитных свойств сильное обменное сопряжение между магнитотвердыми и магнитомягкими фазами в нанокомпозите, выраженный в эффекте обменной пружины. При этом для коэрцитивной силы в образцах CoFe2O4@BiFeO3 наблюдается существенное снижение – 137 мТл для CoFe2O4 и 35 мТл для CoFe2O4@BiFeO3, возможно связанное с обменным взаимодействием между этими фазам. Исследование магнитоэлектрических свойств показали существенное изменение потенциала на рабочем электроде при размещении образца в переменном магнитном поле (100 Гц, 10 мТл). Наибольший отклик показали нанокомпозиты на основе магнитотведых BaFe12O19@FeBiO3 и нанокомпозит с обменным взаимодействием между ядром и оболочкой на основе BaFe12O19@CoFe2O4@FeBiO3 по сравнению с референсным CoFe2O4@BiFeO3. 3) Были исследованы магнитоупругие композиты на основе синтезированных ферромагнитных наночастиц и силиконовых эластомеров в качестве сенсоров на биомеханические сигналы тела человека. Концепция работы сенсора заключалась в преобразовании механической деформации композита, приводящее к изменению магнитного поля вокруг композита, которое можно отслеживать с помощью датчика Холла, передающий данные через блютуз. Тестирование различных размерных характеристик и состава композитов позволил выявить оптимальный состав 50 масс.% частиц в эластомере, что обеспечивает высокий магнитный отклик и оптимальные механические свойства композита. В качестве модельных биомеханических экспериментов были выбраны смыкание и размыкание челюсти, сгиб коленного сустава и запястья, оценка движения гортани при проговаривании алфавита, сгиб указательного пальца. Результаты демонстрируют высокую степень применимости разработанной концепции для мониторинга работы крупных суставов. 4) Была разработана магнитная реснитчатая платформа, состоящая из магнитных наночастиц и эластомеров, в качестве основы для poin-of-care диагностики, способная к механическим деформациям в присутствии переменного магнитного поля, использованного для перемещения гидрофильных жидкостей к поверхности электрохимического сенсора. Для этого были исследованы магнитные свойства композитов и определены частотно-амплитудные характеристики движения в присутствии переменного магнитного поля. В качестве примера сенсора для диагностики был разработан электрохимических сенсор на изменение pH с помощью лазерной гравировки и трафаретной печати. Были выявлены оптимальный состав сенсора для обеспечения линейного изменения сопротивления от pH